使用 STL 容器发生异常的常见原因分析与总结

1、概述

2、使用STL列表中的元素越界

3、遍历STL列表删除元素时对迭代器自加处理有问题引发越界

4、更隐蔽的遍历STL列表删除元素时引发越界的场景

5、多线程同时操作STL列表时没有加锁导致冲突

6、对包含STL列表对象的结构体进行memset操作导致STL列表对象内存出异常

7、最后

VC++常用功能开发汇总（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124272585C++软件异常排查从入门到精通系列教程（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931C++软件分析工具从入门到精通案例集锦（专栏文章正在更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/131405795C/C++基础与进阶（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_11931267.html开源组件及数据库技术（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12458859.html网络编程与网络问题分享（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_2276111.html 有了STL容器之后，我们基本不再需要再去设计链表等数据结构了，STL中的vector、list、map等容器基本就能满足我们的需求了。但我们在使用STL列表可能会因为编码不规范遇到这样那样的问题，导致软件出现异常，特别是新人会因为缺乏经验容易犯一些错误。正好前段时间在技术群中有粉丝就遇到使用STL容器的问题，于是问我可能是哪些原因导致的。在此，我结合以前项目中遇到的多个问题场景，给大家做个详细的总结，以供借鉴或参考。

1、概述

在项目代码中，我们会大量地使用C++标准库给我们提供的vector、list、map等STL标准模板库（Standard Template Library）容器。这些使用模版实现的容器列表很灵活、很好用，给我们日常编码带来了很大的便利。但在使用STL列表时可能会因为经验不足遇到这样或那样的问题。

本文根据多年的项目问题排查经验以及遇到的多个问题场景，大概地总结一下操作STL列表时发生异常的常见原因，如下：

1）使用数组下标（仅能操作vector）或者使用迭代器直接去访问STL列表中的元素，但这些元素不存在，导致越界访问。一般是因为没有判断STL列表为空，或者没有判断要访问的元素是否存在。
2）在遍历STL列表删除元素时迭代器自加处理的有问题。
3）多线程同时操作STL列表时没有加锁保护，导致访问冲突。一般是一个线程在遍历STL列表，另一个线程在增删STL列表中的元素，导致访问冲突，出现异常崩溃。
4）结构体某个成员是STL列表对象，对结构体对象进行memset操作，破坏了STL内部的内存结构，导致访问STL列表时出异常。大家在定义结构体对象时，习惯性地进行了memset操作。但能进行memset的前提是，结构体中所有成员都必须是基本类型的！一旦结构体中包含C++类对象，是严禁进行memset操作的。

在这里，给大家重点推荐一下我的几个热门畅销专栏：

专栏1：（该专栏订阅量已达到400个，有很强的实战参考价值，广受好评！专栏文章持续更新中，预计更新到200篇以上！）

C++软件调试与异常排查从入门到精通系列文章汇总https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931

本专栏根据近几年C++软件异常排查的项目实践，系统地总结了引发C++软件异常的常见原因以及排查C++软件异常的常用思路与方法，详细讲述了C++软件的调试方法与手段，以图文并茂的方式给出具体的实战问题分析实例，带领大家逐步掌握C++软件调试与异常排查的相关技术，适合基础进阶和想做技术提升的相关C++开发人员！

专栏中的文章均是通过项目实战总结出来的（通过项目实战积累了大量的异常排查素材和案例），有很强的实战参考价值！专栏文章还在持续更新中，预计文章篇数能更新到200篇以上！

专栏2：

C/C++基础与进阶（专栏文章，持续更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_11931267.html

以多年的开发实战为基础，总结并讲解一些的C/C++基础与进阶内容，以图文并茂的方式对相关知识点进行详细地展开与阐述！专栏涉及了C/C++领域的多个方面的内容，同时给出C/C++及网络方面的常见笔试面试题，并详细讲述Visual Studio常用调试手段与技巧！

专栏3：

开源组件及数据库技术https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12458859.html

以多年的开发实战为基础，分享一些开源组件及数据库技术！

2、使用STL列表中的元素越界

比如我们在使用vector列表时，常使用数组下标的方式去访问列表中的元素，有时可能没有判断列表中元素个数，直接就使用下标去访问了，比如：

// 设备信息
struct TDeviceInfo
{char szDeviceId[64];   // 设备idchar szDeviceName[64]; // 设备名称char szIp[32];         // 设备ipunsigned short uPort;  // 设备端口int nDevType;          // 设备类型
};vector<TDeviceInfo> vtDevList;
int nDevType = vtDevlist[3].nDevType;

可能当前列表vtDevlist中的元素个数少于3个，但我们用数组下标的方式去强行访问了，导致Out of range访问越界了。

我们之所以通过数组下标去访问vector列表元素，不会平白无故地去访问，而是与我们的业务场景关联的。

还有一种情况是使用迭代器去越界访问的：

vector<TDeviceInfo>::iterator iter = vtDevList.begin();
int nDevType = iter->nDevType;

没有判断列表是否为空，强行去访问列表中的begin元素的。没有判断当前迭代器是否为end的，即

if (itor != vtDevList.end() )
{
}

这个问题场景，我们在项目中多次遇到过。

3、遍历STL列表删除元素时对迭代器自加处理有问题引发越界

这是新人比较容易犯的错误。比如删除设备列表中设备类型等于1的所有设备，有问题的代码如下：

vector<TDeviceInfo> vtDevList;
vector<TDeviceInfo>::iterator iter = vtDevList.begin();
for (; iter != vtDevList.end(); iter++)
{if (iter->nDevType == 1){vtDevList.erase(iter);}
}

如果有元素被删除，在Debug下调试时，会报如下的错误：

正确的写法是：

for (; iter != vtDevList.end(); )
{if (iter->nDevType == 1){iter = vtDevList.erase(iter);}else{iter++;}
}

当执行erase操作后，迭代器iter原先的指向就失效了，不能再对其进行++操作，否则就越界了。对于迭代器变量iter，要分开处理，如果有删除元素，则将erase接口返回的迭代器赋值给iter；如果没有删除元素，直接对迭代器进行++操作。

新人在写遍历STL列表删除元素的代码时可能会犯上面的错误，没有区分对待。

4、更隐蔽的遍历STL列表删除元素时引发越界的场景

这个问题场景和上面讲的遍历STL列表删除元素的场景类似，但本场景更有隐蔽性，这在以前的项目中遇到过。

这个问题是同事那边遇到的，在调试程序时老是在遍历STL列表时出现异常，于是找我过去帮忙排查一下。

问题场景是这样子的，在遍历STL列表的for循环体中调了一个函数fun1，因为业务比较复杂，涉及了多个函数的调用，fun1函数内部调用了fun2函数，fun2函数中调了fun3函数，fun3函数中调用了fun4函数，问题就出在fun4函数中，fun4函数中居然将当前最上面正在遍历的STL列表中的元素删除了，演示代码如下：

vector<TDeviceInfo> vtDevList;
vector<TDeviceInfo>::iterator iter = vtDevList.begin();
for (; iter != vtDevList.end(); iter++)
{// 调用fun1fun1();
}void fun2()
{// 调用fun3fun3();
}void fun3()
{// 调用fun4fun4();
}void fun4()
{// 此处删除了STL列表vtDevList中的内容
}

从而出现在遍历STL列表时删除列表中元素的场景。应该像上面那个场景中那样，处理代码：

for (; iter != vtDevList.end(); )
{if (iter->nDevType == 1){iter = vtDevList.erase(iter);}else{iter++;}
}

但实际上，因为当前问题场景中函数调用层次很深，不适合这样处理，只能将这种在遍历STL列表时删除元素的操作给取缔掉，重新编写代码控制逻辑。正是因为函数调用层次比较深，所以这个问题有很强的隐蔽性。

当时排查这个问题时，凭着经验，首先排除多线程同时操作同一个STL列表的场景，当时觉得大概率是遍历STL列表过程中有地方删除了STL列表中的元素导致的。然后沿着这个思路，最终在某个函数中找到了删除STL列表元素的代码。

5、多线程同时操作STL列表时没有加锁导致冲突

多线程同时操作某个STL列表时产生问题的典型场景是，一个线程在遍历STL列表，另一个线程在对STL列表中的元素进行增删操作。一般在多线程操作共享资源时都要加锁，但加锁有个原则，尽量较小锁的范围，在锁的范围的代码要尽快执行完，不能影响其他线程的执行效率。

这个问题，我们在项目中遇到不止一次了。有时可能比较具体隐蔽性，比如在另一个线程中调用某个函数接口，在该函数内部操作了一个公用的STL列表，然后出现了多线程同时操作STL列表的场景，有时较难发现这里面隐藏的多线程操作共享资源的问题，特别是在维护他人编写的代码模块时。

6、对包含STL列表对象的结构体进行memset操作导致STL列表对象内存出异常

大家在定义结构体对象时，习惯性地在使用之前对结构体对象进行了memset操作。如果结构体中某个成员是STL列表对象，执行memse操作后，会破坏STL对象内部的内存结构，导致访问STL列表时出现异常。这个问题在项目中出现过，当时是一个新人写的代码（新人考虑问题不够全面，缺乏安全意识），因为缺乏经验，直接对一个包含STL列表对象的结构体进行memset操作，比如：（结构体TWindowInfo中包含了一个STL list成员）

typedef struct tagWindowInfo
{
public:HWND hWnd;                               // 当前窗口句柄char szWndName[256];                     // 当前窗口名称RECT m_rcWnd;                            // 当前窗口矩形坐标（在屏幕坐标系中）std::list<tagWindowInfo> childWndList;   // 当前窗口所有子窗口信息列表
}TWindowInfo;// 结构体TWindowInfo中包含了一个list列表成员，下面直接对结构体对象执行了memset操作
TWindowInfo tWndInfo;
memset(&tWndInfo, 0, sizeof(tWndInfo));

导致程序在访问这个STL列表时出现了各种莫名其妙的错误，比如列表中的元素数据不对，执行STL列表类的成员函数发生异常崩溃。当时这个问题我查了很久，后来才发现是因为对结构体进行memset操作导致的。

注意，能进行memset的前提是，结构体中所有成员都必须是基本类型的！一旦结构体中包含C++类对象，是严禁进行memset操作的。为什么不能对类对象进行memset操作呢？比如类中有虚函数，就会内置一个虚函数表指针，这个虚函数表指针中存放的是存放虚函数地址（代码段地址）的虚函数表，在调用虚函数时会用到这个虚函数表。如果对类对象进行memset操作，会将虚函数表指针中的值置为NULL，这样在调用虚函数时出现问题。对于虚函数调用的过程与机制，需要从汇编代码的角度去看，涉及到两次寻址，具体过程可以参见我之前写的文章：
几秒读懂C++虚函数调用的汇编代码实现https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/121046234 再比如，有些类实现的比较复杂，例如STL列表，类内部会有额外的变量去维护管理较复杂的内部内存结构，如果对这样的类对象进行memset操作，将维护内部内存结构的变量的值都只为NULL了，结果是不可预料（unexpected）的。

对STL列表执行memset操作引发异常的问题，我们在项目中遇到了两次，都是新人写的代码，两次的表现现象是不太一样的：