奇怪的迭代器行为 + 带有 unordered_set 的段错误答案

【问题标题】：Weird iterator behaviour + segfault with unordered_set奇怪的迭代器行为 + 带有 unordered_set 的段错误
【发布时间】：2017-02-04 18:02:10
【问题描述】：

我有一个具有unordered_set<int> 成员的类，如下所示：

我有以下类定义，后跟其常规和复制构造函数，以及修改集合的其他一些函数（删除不相关的代码段，因为类很长）：

#include <iostream>
#include <unordered_set>
#include <random>

class HexBoard {
  public:
    HexBoard(int n);
    HexBoard(const HexBoard &obj);
    std::unordered_set<int> emptyPositions();
  private:
    std::unordered_set<int> empty_positions;
};

HexBoard::HexBoard(int n) {
    for (int i = 0; i < n * n; i++) {
        empty_positions.insert(i);
    }
}

HexBoard::HexBoard(const HexBoard &obj) : empty_positions(obj.empty_positions) {};

void HexBoard::placeStone(int i) {
    checkBounds(i); // raises an error if i >= n 
    empty_positions.erase(i);
}

std::unordered_set<int> HexBoard::emptyPositions() {
    return empty_positions;
}

我有一个不同的类，其中包含此 HexBoard 的一个实例。它有一个函数可以使用复制构造函数将该板复制到不同的变量中：

class Game {
  public:
    Game(HexBoard::HexBoard *board) : board(board) {};
  private:
    HexBoard *board;
    void monteCarlo(int position);
};

void Game::monteCarlo(int position) {

    HexBoard *another_board = new HexBoard(*board);

    int count = 0;
    while (count < 5) {
        count++;

        std::uniform_int_distribution<unsigned> dis(
            0, another_board->emptyPositions().size() - 1
        );

        std::cout << "Empty positons:\n";
        for (const auto& pos : another_board->emptyPositions()) {
            std::cout << pos << " ";
        }
        std::cout << "\n";

        int n = dis(gen);
        std::cout << "Picked random n: " << n << "\n";

        auto it = another_board->emptyPositions().begin();
        std::cout << "it begin: " << *it << "\n";
        std::advance(it, n);
        std::cout << "it advance: " << *it << "\n";
        int absolute_position = *it;
        std::cout << "picked " << absolute_position << "\n";
    }
}

在monteCarlo函数中，假设emptyPositions集合的内容最初是8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1，这个函数的stdout输出通常是：

Empty positons:
8 7 6 5 4 3 2 1
Picked random n: 4
it begin: 2
Segmentation fault: 11

为什么会出现这个段错误？我知道关于 empty_positions.erase(i); 行有一些微妙的迭代器，但即使我将其注释掉，我也会得到相同的行为。

我还在Picked random n 标准输出和这个段错误之后添加了这个（输出在它下面）：

std::cout << "set buckets contain:\n";
for ( unsigned i = 0; i < ai_board->emptyPositions().bucket_count(); ++i) {
    std::cout << "bucket #" << i << " contains:";
    for ( auto j = ai_board->emptyPositions().begin(i);
          j != ai_board->emptyPositions().end(i); ++j)
        std::cout << " " << *j;
    std::cout << std::endl;
}

输出：

set buckets contain:
Segmentation fault: 11

段错误发生在std::advance(it, n); 和最后一次手动迭代中。

如果有任何帮助，我将不胜感激。

谢谢

【问题讨论】：

您是否使用调试器定位了崩溃？它发生在哪里？您是否有一个空指针或另一个看起来未初始化的指针，或者可能是指向范围外对象的指针？
它发生在std::advance(it, n); 和我尝试手动迭代的最后一段。没有什么是超出范围的，如果您重新阅读此内容，则没有指针。只是由 c++ 迭代器函数控制的迭代器。

标签： c++ c++11 unordered-set

【解决方案1】：

我怀疑问题在于emptyPositions() 正在返回unordered_set 的副本。因此，another_board->emptyPositions().begin() 从一个生命周期无法保证的临时对象返回一个迭代器。在您遍历它之前，它可能正在被清理。

您可能想让emptyPositions() 返回对状态变量empty_positions 的引用。

【讨论】：

【解决方案2】：

在HexBoard 类中你有：

std::unordered_set<int> emptyPositions();

即函数返回一个集合按值。

那你以后做

auto it = another_board->emptyPositions().begin();

这将导致emptyPositions 返回一个临时对象，该对象将在表达式完成后被破坏。这将为您留下一个迭代器，指向一个现已破坏的集合中的键。取消引用此迭代器将导致未定义的行为。

解决方案是让emptyPositions 改为返回一个常量引用：

std::unordered_set<int> const& emptyPositions() const;

【讨论】：