C++ vector，dequeu，list容器中元素的引用失效问题

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一、std::list不会产生引用失效问题
二、std::vector中元素引用失效问题
三、std::deque中元素引用失效问题

一、std::list不会产生引用失效问题

在C++中，std::list（双向链表）提供了一种非常灵活的容器类型，其设计使其在插入和删除元素时不会使其他元素的引用或指针失效。这是因为std::list在内部使用节点来存储元素，每个节点都包含指向前后节点的指针，因此插入和删除操作只会影响相邻节点的指针，而不会影响其他节点。

std::list的引用和指针有效性：

插入元素：插入元素时，只需要调整相邻节点的指针，而不会重新分配或移动其他节点。因此，现有元素的引用和指针不会失效。
删除元素：删除元素时，只需要调整相邻节点的指针，然后删除节点本身。其他节点的引用和指针仍然有效。

eg：在std::list中插入和删除元素后，现有元素的引用和指针仍然有效：

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4};// 获取指向第二个元素的引用和指针auto it = myList.begin();++it; // it指向第二个元素（2）int& ref = *it;std::cout << "Value of ref before insertions: " << ref << std::endl; // 输出2// 在列表中插入和删除元素myList.insert(it, 10); // 在第二个元素之前插入10myList.push_back(5);   // 在末尾插入5std::cout << "Value of ref after insertions: " << ref << std::endl; // 输出2myList.erase(it); // 删除第二个元素（2）std::cout << "List after deletions: ";for (const auto& value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

测试：

Program returned: 0
Program stdout
Value of ref before insertions: 2
Value of ref after insertions: 2
List after deletions: 1 10 3 4 5

在这个示例中，即使在列表中插入和删除元素后，ref（原本指向第二个元素的引用）仍然有效，并且保持其值为2。

使用智能指针避免同样会导致引用失效问题

使用智能指针（如std::shared_ptr和std::unique_ptr）可以显著减少引用失效问题，因为智能指针管理的是指向堆上对象的指针，而不是对象本身。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>int main() {std::vector<std::shared_ptr<int>> vec = {std::make_shared<int>(1),std::make_shared<int>(2),std::make_shared<int>(3)};std::shared_ptr<int>& ref = vec[1];  // 引用第二个元素std::cout << *ref << std::endl;      // ref仍然有效，输出2vec.insert(vec.begin(), std::make_shared<int>(0));  // 在开头插入一个元素std::cout << *ref << std::endl;  return 0;
}

编译：

Program returned: 139
Program stdout
2
Program stderr
Program terminated with signal: SIGSEGV

二、std::vector中元素引用失效问题

std::vector在以下情况下可能导致引用失效：

重新分配内存：当vector的容量不够时，会重新分配内存，将现有元素移动到新的内存位置。
插入和删除：在中间插入或删除元素时，后续元素会被移动，从而使指向这些元素的引用失效。

避免引用失效的方法：

预先分配足够的空间：使用reserve方法预先分配足够的空间，以减少重新分配内存的次数。

std::vector<int> vec;
vec.reserve(100); // 预先分配足够的空间

避免中间插入和删除：尽量减少在中间插入和删除元素的操作，可以选择在尾部插入或删除。

三、std::deque中元素引用失效问题

std::deque的设计使其在头尾插入和删除操作中引用失效的可能性较低，但在中间插入和删除时仍然可能导致引用失效。

避免引用失效的方法：

避免中间插入和删除：和vector类似，尽量减少在中间插入和删除元素的操作。
使用迭代器：在插入或删除元素后，重新获取迭代器。

使用智能指针避免同样会导致引用失效问题

在队列中间插入新的元素之后，旧的元素的值不正确

#include <deque>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>int main() {std::deque<std::shared_ptr<int>> deq = {std::make_shared<int>(1),std::make_shared<int>(2),std::make_shared<int>(3)};std::shared_ptr<int>& ref = deq[1];  // 引用第二个元素std::cout << *ref << std::endl;      // ref仍然有效，输出2deq.insert(deq.begin() + 1,std::make_shared<int>(10));  // 在第二个位置插入元素std::cout << *ref << std::endl;  // ref仍然有效，   但是输出10return 0;
}