什么是迭代器失效？答案

【问题标题】：What is iterator invalidation?什么是迭代器失效？
【发布时间】：2013-05-30 01:25:23
【问题描述】：

我看到它被引用了很多，但它到底是什么没有明确的答案。我的经验是使用高级语言，所以我不熟悉集合框架中存在的无效性。

什么是迭代器失效？

为什么会出现？为什么难对付？

【问题讨论】：

还有这个Iterator Invalidation Rules
我可能需要对此进行更好的解释，我认为这与高级/低级语言无关。我知道您无法在 C# 的迭代期间修改列表。
@NickFreeman 它与高低水平无关。它与实施有关。完全有可能（尽管很复杂）在 C# 中创建一个允许在枚举时进行迭代的容器，只要您保持每个检查的状态。
嗯，在我使用非 C++ 语言的经验中，我从未听说过迭代器失效，所以我认为它与低级别/性能问题有关，否则所有集合都是相同的。

标签： c++ iterator

【解决方案1】：

迭代器是美化的指针。迭代器失效很像指针失效。这意味着它突然指向垃圾数据。

因为这样做是很自然但错误的：

for(iterator it = map.begin(); it != map.end(); ++it) {
    map.erase(it->first);
    // whoops, now map has been restructured and iterator 
    // still thinks itself is healthy
}

因为那个错误就在那里？没有编译器错误，没有警告，你输了。你只需要接受足够好的训练来观察它们并阻止它们。如果你不知道自己在做什么，那就是非常隐蔽的错误。 C++ 的设计理念之一是速度胜过安全。在 C++ 语言设计者看来，将导致迭代器失效而不是未指定行为的运行时检查成本太高。

当您迭代数据结构并修改结构本身时，您应该保持高度警惕，而不仅仅是其中包含的对象。那时你可能应该跑到文档并检查操作是否非法。

【讨论】：

这就是为什么我喜欢 Visual Studio 具有调试版本这一事实。默认情况下，标准 C++ 容器将检查它们在调试版本中是否有效，从而帮助发现这些潜在错误。
@MooingDuck 你不应该依赖这种行为。如果您过于依赖出色的编译器功能，那么当您转移到不同的平台时（这可能会在未来的某个时间发生），您会被烧死，很难而且很快。
@RichardJ.RossIII：依赖？显然不是。但是，当我搞砸的时候，有一层额外的保护是很好的。
但是什么样的迭代器实现能让这种情况发生呢？那不是那种贫民区/不安全吗？
@MarkCanlas：这就是 C++ 的工作原理。大多数只能在运行时捕获的错误不需要自动检查；否则，在许多情况下，运行时成本将是不可接受的。所以一个“安全”的实现（正如 Mooing Duck 所描述的）将检查这个错误； “快速”实现不会，而且会快得多。

【解决方案2】：

当使用迭代器处理的容器在处理过程中其形状发生变化时，就会出现此问题。（我们将假设一个单线程应用程序；对可变容器的并发访问是一个完整的“另一个蠕虫罐头，我们不会在此页面上讨论）。 “改变形状”是指以下类型的突变之一：

插入容器（在任何位置）
删除一个容器中的元素
任何更改键的操作（在关联容器）
任何改变顺序的操作排序容器中的元素。
任何更复杂的操作由以上一项或多项组成（如拆分容器一分为二）。

（来自：http://c2.com/cgi/wiki?IteratorInvalidationProblem）

这个概念实际上很简单，但副作用可能很烦人。我要补充一点，这个问题不仅会影响 C/C++，还会影响大量其他低级或中级语言。（在某些情况下，即使它们不允许直接堆分配）

【讨论】：

在我知道的任何关联容器中都无法更改键。
@MooingDuck 这真的取决于您认为“关键更改”是什么。我可以删除一个键的值，然后为另一个键添加该值，这不是“键更改”吗？仅仅因为容器本身不支持某些东西，并不意味着它不能完成。
@RichardJ.RossIII：我相信帖子/链接指的是键本身的实际修改，而不是与所述键关联的值。在大多数情况下，修改关联数据需要迭代器失效。修改 密钥本身 需要（理论上）擦除/重新插入。
@MooingDuck 再次，不一定。如果我的实现是一个键数组和一个值数组，其中值的索引对应于它的键，我可以简单地更改键数组中的值！同样，如果它是一个键值对数组，没有什么说我不能只更改该对的“键”部分。显然没有在 C++ STL 中实现，但也不是不可能。
@RichardJ.RossIII：我明白你的意思。我的意思是，这将很难扩展，但这与您的观点无关。我什至可以看到这如何使迭代器无效！ O.o

【解决方案3】：

迭代器失效是指迭代器类型（支持运算符++ 和* 的对象）不能正确表示它正在迭代的对象的状态。例如：

int *my_array = new int[15];
int *my_iterator = &my_array[2];

delete[] my_array;

std::for_each(my_iterator, my_iterator + 5, ...); // invalid

这会导致未定义的行为，因为它指向的内存已被操作系统回收。

然而，这只是一种情况，还有许多其他因素会导致迭代器“无效”，您必须仔细检查您正在使用的对象的文档。

【讨论】：