STL序列式容器中删除元素的方法和陷阱 一

在STL（标准模板库）中经常会碰到要删除容器中部分元素的情况，本人在编程中就经常编写这方面的代码，在编码和测试过程中发现在STL中删除容器有很多陷阱，网上也有不少网友提到如何在STL中安全删除元素这些问题。本文将讨论编程过程中最经常使用的两个序列式容器vector、list中安全删除元素的方法和应该注意的问题，       其它如queue、stack等配接器容器（container adapter），由于它们有专属的操作行为，没有迭代器（iterator），不能采用本文介绍的删除方法，至于deque，它与vector的删除方法一样。STL容器功能强大，but no siliver bullet，如果你使用不当，也将让你吃尽苦头。

1．手工编写for循环代码删除STL序列式容器中元素的方法<o:p></o:p>

例如，你能看出以下代码有什么问题？

例1：

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

void main( ) {

       vector<int> vectInt;

       int i;

       //     初始化vector容器

       for (i = 0; i < 5; i++ ) {

              vectInt.push_back( i );

       }

       //     以下代码是要删除所有值为4的元素

       vector<int>::iterator itVect = vectInt.begin();

       for ( ; itVect != vectInt.end();  ++itVect ) {

              if ( *itVect == 4 ) {

                     vectInt.erase( itVect );

              }

       }

       int iSize = vectInt.size();

      for (  i = 0 ; i < iSize; i++ )  {

                     cout << " i= " << i <<  ", " << vectInt[ i ] << endl;

       }

 <o:p></o:p>

}

例2：

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

void main( ) {

       vector<int> vectInt;

       int i;

       //     初始化vector容器

       for ( i = 0; i < 5; i++ ) {

              vectInt.push_back( i );

              if ( 3 == i ) {

                     //       使3的元素有两个，并且相临。这非常关键，否则将发现不了bug。

                     //   具体解释见下。

                     vectInt.push_back( i );

              }

       }

       vector<int>::iterator itVect = vectInt.begin();

       vector<int>::iterator itVectEnd = vectInt.end(); //       防止for多重计算

       //     以下代码是要删除所有值为3的元素

       for ( ; itVect != itVectEnd; ++itVect ) {

              if ( *itVect == 3 ) {

                     itVect = vectInt.erase( itVect );

              }

       }

       int iSize = vectInt.size();

      for (  i = 0 ; i < iSize; i++ )  {

                     cout << " i= " << i <<  ", " << vectInt[ i ] << endl;

       }

例3：

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

void main( ) {

       vector<int> vectInt( 5 );

       int i;

       vectInt[ 0 ] = 0;

       vectInt[ 1 ] = 1;

       vectInt[ 2 ] = 2;

       vectInt[ 3 ] = 3;

       vectInt[ 4 ] = 4; //     替换为 vectInt[ 4 ] = 3;试试

       vector<int>::iterator itVect = vectInt.begin();

       vector<int>::iterator itVectEnd = vectInt.end(); //       防止for多重计算

       //     以下代码是要删除所有值为3的元素

       for ( ; itVect != itVectEnd; ) {

              if ( *itVect == 3 ) {

                     itVect = vectInt.erase( itVect );

              }

              else {

                     ++itVect;

              }

       }

       int iSize = vectInt.size();

      for (  i = 0 ; i < iSize; i++ )  {

                     cout << " i= " << i <<  ", " << vectInt[ i ] << endl;

       }

}

 <o:p></o:p>

分析：

这里最重要的是要理解erase成员函数，它删除了itVect迭代器指向的元素，并且返回要被删除的itVect之后的迭代器，迭代器相当于一个智能指针，指向容器中的元素，现在删除了这个元素，将导致内存重新分配，相应指向这个元素的迭代器之后的迭代器就失效了，但erase成员函数返回要被删除的itVect之后的迭代器。

例1将导致程序未定义的错误，在windows中即是访问非法内存，程序当掉。因为vectInt.erase( itVect );调用后itVect之后的迭代器已无效了，所以当执行++itVect后，*itVect访问了非法内存。例1也是初学者最容易犯的错误，这个错误也比较容易发现。

例2可能会导致不能把vectInt中所有为3的元素删除掉。因为第一次删除成功时，itVect = vectInt.erase( itVect );itVect为指向3之后的位置，之后再执行++itVect，itVect就掉过了被删除元素3之后的元素3，导致只删除了一个为3的元素，这个bug比较隐蔽，因为如果不是两个均为3的元素相临，就将很难捕捉到这个bug，程序有可能在一段时间运行良好，但如碰到容器中两值相同的元素相临，则程序就要出问题。

例3，对于本例你可能要说程序没有任何问题，解决了上面的两个bug，程序也运行正常。但且慢，你把 “vectInt[ 4 ] = 4;” 这一行改为 “vectInt[ 4 ] = 3;”试试，一运行，程序当掉，访问非法内存！你疑惑不解：从程序看不出bug，而且我还把vectInt.end()放在外面计算以防止for多重计算，提高效率。哈哈，问题就出在最后一句话！算法大师Donald Knuth有一句名言：不成熟的优化是一切恶果的根源（ Permature optimization is the root of all evil ）。由于在for循环中要删除元素，则vectInt.end()是会变化的，所以不能在for循环外计算，而是每删除一次都要重新计算，所以应放在for循环内。那你要问，为什么把 “vectInt[ 4 ] = 4;” 这一行改为 “vectInt[ 4 ] = 3;”程序就会当掉，而不改程序就很正常呢？这就跟vector的实现机制有关了。下面以图例详细解释。

vectInt的初始状态为：

 <o:p></o:p>

                                                                             | end

0        1        2        3         4      <o:p></o:p>

                                     

删除3后，

 <o:p></o:p>

                                                                |新的end  | 原来的end

0        1        2        4         4      <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

注意上面“新的end”指向的内存并没有被清除，为了效率，vector会申请超过需要的内存保存数据，删除数据时也不会把多余的内存删除。

然后itVect再执行++itVect，因为此时*itVect等于4，所以继续循环， 这时itVect 等于“新的end”但不等于“原来的end”（它即为itVectEnd），所以继续，因为 *itVect访问的是只读内存得到的值为4，不等于3，故不删除，然后执行++itVect此时itVect等于itVectEnd退出循环。从上面过程可以看出，程序多循环了一次（删除几次，就要多循环几次），但程序正常运行。

如果把 “vectInt[ 4 ] = 4;” 这一行改为 “vectInt[ 4 ] = 3;”过程如下：<o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

                                                                        | end

0        1        2        3         3      <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

删除3后，

 <o:p></o:p>

                                                                |新的end       |原来的 end

0        1        2        3         3      <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

删除第2个3后，

 <o:p></o:p>

                                                 |新的end            |原来的 end

0        1        2        3         3      <o:p></o:p>

 <o:p></o:p>

这时itVect 等于“新的end”但不等于“原来的end”（它即为itVectEnd），所以继续，因为 *itVect访问的是只读内存得到的值为3，等于3，所以执行删除，但因为*itVect访问的是只读内存不能删除，所以程序当掉。

综上，我们知道当要删除的值在容器末尾时，会导致程序删除非法内存，程序当掉；即使程序正常运行，也是for循环多执行了等于删除个数的循环。所以把vectInt.end()放在for循环外面执行，完全是错误的。对于list容器，list.end()在删除过程中是不会变的，可以把它放在for循环外面计算，但由于list.end()是个常量，把list.end()放在for循环中计算编译器应该可以优化它。从安全考虑，除非你能保证for循环中不会改变容器的大小，否则都应该对容器的值在for循环中计算，对于 vectInt.size()这样的计算，也应该在for循环中计算，不要因为微小的优化而导致程序出错。

 <o:p></o:p>

正确的方法：

例4：

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

void main( ) {

       vector<int> vectInt;

       int i;