C++里使用vector中的iterator遍歷時需要注意的問題

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遇到的實際問題：

最近編程遇到了一個非常有趣的問題，編程題目里詢問在 Game::update() 里加入一個 entity 之后，這個 entity 是在加入的這一幀更新還是在下一幀（比如在這一幀里玩家生成了一個子彈，這個子彈的位置是在這一幀更新，還是下一幀）？

於是我就寫了一個簡化的獨立測試，代碼如下

（方便起見，用了全局變量）

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;
}

這里面我想的是用 

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

代替調用iterator的部分代碼，用 if 部分代替滿足某種條件后的加入entity操作

之后就有了一個神奇的報錯 “can't increment vector iterator past end”

但是我在主項目里的代碼並沒有這個報錯，我也很確認，的確是向里面加入了一個新的 entity 的。

在詢問教授前，我對這個問題有一些想法，很可能是由於向vector里加入了新的元素，導致vector之前分配的空間不夠了，需要重新尋找並分配空間（這是vector比較低效的一個原因）所以iterator這個指針丟失了。

為了驗證這個猜想，我把代碼寫成了這樣

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) 后果然不報錯了，此時初步確認這個問題就是因為 vector 的地址重新分配導致的。之后導師給我提供了更多的思路，需要區分 vector 的 size() 和 capacity() 這兩個概念，大小應該是當前vector所擁有的元素多少，而容量才是當前vector分配的內存空間。於是我做了簡單的測試，來測試 vector 會在哪幾個條件下改變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');
    }
}

輸出結果如圖

 

 所以當元素很少的時候，或者說vector增長很快的時候，vector 會頻繁重新分配，這就導致了效率低下和 iterator 不安全。解決辦法目前想到有幾種

1. 根據需要預分配

其實就是我在獨立測試里用的reserve方法，比如根據這個變化趨勢和我游戲里entity的數量，可能預分配64的空間比較合適，因為64正好超過了63（不會因為加入一個新的entity就崩潰）而且和我實際的entity數量匹配。而且這個可以避免頻繁的重新分配vector空間。

2. 不用iterator

如果不想提前reserve的話也可以改用普通的for循環

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

這樣也能避免指針丟失。