C++里使用vector中的iterator遍历时需要注意的问题

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遇到的实际问题：

最近编程遇到了一个非常有趣的问题，编程题目里询问在 Game::update() 里加入一个 entity 之后，这个 entity 是在加入的这一帧更新还是在下一帧（比如在这一帧里玩家生成了一个子弹，这个子弹的位置是在这一帧更新，还是下一帧）？

于是我就写了一个简化的独立测试，代码如下

（方便起见，用了全局变量）

std::vector<int> v;

void addInteger(int i)
{
    v.push_back(i);
}

int main()
{
    addInteger(0);
    addInteger(1);
    addInteger(2);
    auto it = v.begin();
    while (it != v.end())
    {
        std::cout << (*it) << std::endl;
        if ((*it) == 1)
            addInteger(3);
        it++;
    }
    return 0;
}

这里面我想的是用 

std::cout << (*it) << std::endl;

代替调用iterator的部分代码，用 if 部分代替满足某种条件后的加入entity操作

之后就有了一个神奇的报错 “can't increment vector iterator past end”

但是我在主项目里的代码并没有这个报错，我也很确认，的确是向里面加入了一个新的 entity 的。

在询问教授前，我对这个问题有一些想法，很可能是由于向vector里加入了新的元素，导致vector之前分配的空间不够了，需要重新寻找并分配空间（这是vector比较低效的一个原因）所以iterator这个指针丢失了。

为了验证这个猜想，我把代码写成了这样

std::vector<int> v;

void addInteger(int i)
{
    v.push_back(i);
}

int main()
{
    v.reserve(4);
    addInteger(0);
    addInteger(1);
    addInteger(2);
    auto it = v.begin();
    while (it != v.end())
    {
        std::cout << (*it) << std::endl;
        if ((*it) == 1)
            addInteger(3);
        it++;
    }
    return 0;
}

加入了 v.reserve(4) 后果然不报错了，此时初步确认这个问题就是因为 vector 的地址重新分配导致的。之后导师给我提供了更多的思路，需要区分 vector 的 size() 和 capacity() 这两个概念，大小应该是当前vector所拥有的元素多少，而容量才是当前vector分配的内存空间。于是我做了简单的测试，来测试 vector 会在哪几个条件下改变capacity

void charCapacityTester(int size=64)
{
    std::vector<char> c;

    int preCap = c.capacity();
    for (int i = 0; i < size; ++i)
    {
        if (preCap != c.capacity())
        {
            std::cout << "Size: " << c.size() << " Capacity: " << c.capacity() << std::endl;
            preCap = c.capacity();
        }
        c.push_back('a');
    }
}

输出结果如图

 

 所以当元素很少的时候，或者说vector增长很快的时候，vector 会频繁重新分配，这就导致了效率低下和 iterator 不安全。解决办法目前想到有几种

1. 根据需要预分配

其实就是我在独立测试里用的reserve方法，比如根据这个变化趋势和我游戏里entity的数量，可能预分配64的空间比较合适，因为64正好超过了63（不会因为加入一个新的entity就崩溃）而且和我实际的entity数量匹配。而且这个可以避免频繁的重新分配vector空间。

2. 不用iterator

如果不想提前reserve的话也可以改用普通的for循环

for(int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
     if(v[i] == 1)
    {
        v.push_back(3);
    }
}

这样也能避免指针丢失。