当迭代器在双端队列中失效时引用如何有效答案

【问题标题】：How can references be valid while iterators become invalidated in a deque当迭代器在双端队列中失效时引用如何有效
【发布时间】：2015-12-24 08:18:32
【问题描述】：

我很难理解这个概念。从这个thread这里声明

双端队列要求任何对前面或后面的插入都应保持对成员元素的任何引用都有效。迭代器可以无效，但成员本身必须留在同一个地方记忆。

我对@987654322@线程的印象

指针实际上是一种迭代器。其实对于一些容器类型，对应的迭代器可以是简单地实现为指针。

如果我们有一个指针和一个迭代器，它们都引用相同的容器的元素，那么任何使容器无效的操作都会使另一个无效。

所以如果迭代器失效，那么引用也会失效。我的问题是这怎么可能。如果指向某个内存地址的迭代器失效，那么对该地址的引用如何有效？

更新：

我知道双端队列是由随机的内存块实现的，这些内存块由独立的数据结构（例如动态数组）跟踪。但是，我很难理解迭代器如何无效但引用可能有效，因为本质上迭代器是数据结构内容的通用指针。这让我觉得迭代器可能指向其他东西，而指针指向实际项目？考虑下面的向量图。

根据我在上图中对向量的理解，如果指针的内容发生变化，迭代器也会发生变化。 deque 有什么不同。

【问题讨论】：

请注意，通常iterator 不是pointer 并且引用类型 与reference_type 不同，后者是容器在STL 中返回的。
因为deque 通常是通过多个分配（“页面”）实现的，这些分配由额外的类似数组的数据结构管理。添加元素时可能需要重新分配该数据结构，但不必重新分配“页面”。
@dyp 你是说迭代器指向数据结构的内容而不是页面？
您是否尝试过查看deque 的实现？也许是你的编译器附带的那个。也可以使用调试器跟踪一些操作。
虽然迭代器必须引用它所指向的实际元素，但它还必须知道页面数组，因为它需要能够从一个页面跳转到另一个页面。所以它包含两条信息，例如两个指针，页面数组的信息可以在这里失效。

标签： c++ pointers iterator deque

【解决方案1】：

因为您引用的答案是错误，并且因为迭代器不仅仅是指针。首先，链表迭代器需要一个指向元素的指针，还需要“下一个”和“上一个”指针。就在那里，通过这个简单的例子，你认为“迭代器是数据结构内容的通用指针”的想法完全被吹掉了。

deque 比完全连续的结构（例如 vector）更复杂，并且比完全不连续的结构（例如 list）更复杂。当一个双端队列增长时，它的整体结构会适应，实际元素的重新分配最少（通常，none）。

结果是，即使某些元素不移动，允许访问它们的“控制部分”可能需要使用新的元数据进行更新，例如，相邻元素的位置（可能 确实 move) 现在是。

现在，deque 不能神奇地更新已经在某处实例化的迭代器：它所能做的就是记录您的旧迭代器无效，并且您应该以通常的方式获取新的迭代器。

【讨论】：

“首先，链表迭代器需要一个指向元素的指针，还需要“下一个”和“上一个”指针。” 这听起来有点像迭代器必须存储这些指针（事实并非如此）。
"实际元素的最小重新分配（通常，没有）"当它在末端增长时，它必须保证没有单个元素移动。否则不能依靠指针和引用来保持有效。列表迭代器可以是单个指针，指向一个结构，该结构同时包含一个元素和指向此类结构的下一个和上一个的指针。
@DanielJour：是的，我知道。这和我说的有什么矛盾？
没有，如果我给人留下了这样的印象，请原谅。我只是认为可以强调这一点（因为特别要求在末尾进行修改）。

【解决方案2】：

从以下方面考虑双端队列：

template<typename T>
struct deque_stub {
 using Page = std::array<T, 32>; // Note: Not really, rather uninitialised memory of some size;
 std::vector<std::unique_ptr<Page>> pointers_to_pages;
 std::size_t end_insert{32};
 std::size_t start_elem{0};
 // read further
};

deque 基本上是一些容器，存储指向包含某些元素的页面的指针。（start_elem 和 end_insert 成员用于跟踪元素的有效范围开始和结束的位置，就页面偏移而言。）

当需要一个新页面时，插入最终会改变这个容器：

template<typename X>
void push_back(X&& element) {
 if (end_insert == 32) {
  // get a new page at the end
  pointers_to_pages.push_back(make_unique<Page>());
  end_insert = 0;
 }
 (*(pointers_to_pages.back()))[end_insert] = std::forward<X>(element);
 ++end_insert;
}

template<typename X>
void push_front(X&& element) {
 if (start_elem == 0) {
  pointers_to_pages.insert(
    pointers_to_pages.begin(), std::make_unique<Page>());
  start_elem = 32;
 }
 --start_elem;
 (*(pointers_to_pages.front()))[start_elem] = std::forward<X>(element);
}

进入该双端队列的迭代器需要能够跨页面“跳转”。实现这一点的最简单方法是让它从容器pointers_to_pages 中保持一个指向当前页面的迭代器：

struct iterator {
 std::size_t pos;
 std::vector<std::unique_ptr<Page>>::iterator page;
 // other members to detect page boundaries etc.
};

但是由于 page 迭代器，即向量中的迭代器，可能会在向量发生更改时失效（这发生在需要新页面时），所以插入元素时，整个双端队列中的迭代器可能会失效。（这可以通过不使用向量作为指针的容器来“修复”，尽管这可能会产生其他负面影响。）

例如，考虑一个具有单个但完整页面的双端队列。因此，包含指向页面的指针的向量只包含一个元素，比如地址0x10，让我们进一步假设它的当前容量也只有1个元素。页面本身存储在某个地址，比如0x100。

因此，双端队列的第一个元素实际上存储在0x100，但在双端队列中使用迭代器意味着首先查看0x10 以获取页面地址。

现在，如果我们在最后添加另一个元素，我们需要一个新页面来存储它。所以我们分配一个，并将指向该新页面的指针存储到向量中。由于它的容量小于新大小（1 < 2），它需要分配一个新的更大的内存区域并将其当前内容移动到那里。假设，新区域位于0x20。先前存储指针的内存 (0x10) 被释放。

现在，插入之前上面的相同元素仍然位于相同的地址 (0x100)，但它的迭代器将通过 0x20。上面的迭代器，访问0x10，因此无效。

由于元素位于相同的地址，指向它的指针和引用仍然有效，很难。

【讨论】：