为什么使用迭代器时有时需要更新(迭代器失效)?
前言
为了规范STL中不同容器的统一的 访问方式,这里大佬们设计了 迭代器 来去替代C语言中指针的地位(在部分容器和部分平台上甚至直接就是指针的重命名中),所以迭代器的行为和指针的行为十分相似,但更加强大。
但有时这个灵活的小东西,在你删一个或者插入一个元素后,再用时它居然报错了,而且你看了后也没有语法错误,这个东西是被好几代大佬不断优化,所以一定是自己哪里写错了,那这是怎么回事呢?
一、迭代器基本的底层设计
在前言中,我们已经知道了迭代器的设计是对标的 指针 所以它的相关使用和规范也可以看齐指针,如:解引用 * 、基本的运算符······都是相同的。
但在部分容器中,由于一些原因 指针 的直接访问使用满足不了我们的需求,举一个典型的例子:链表(list),由于底层的物理地址不是连续的如果使用指针访问的话,相关的++、--、+、- 等运算符将不适用,但在C++中我们可以重载这些运算符来实现我们想要的目的,这也是迭代器对于 指针 改进地方,当然在不同的容器中迭代器的底层设计可能不同但是所有的迭代器的功能都是一样的,自此对于不同容器的访问方式,我们用来同一种东西实现了。
二、迭代器的失效原因
在上一个小标题我们知道了迭代器就是对于指针的再封装和重载(即迭代器和指针一样指向的是地址),所以它本质上还是去调用我们 写好的正确方法 去访问正确的指针即地址,而它的本质既然是地址那内存这头肯定没有问题,那一定就是迭代器在指向地址时的问题了。
1、删除 erase
注:尾删是一种 删除 中最特殊情况之一,为方便解释失效原理所以选择的,下文会引申到其它情况。且容器使用的为vector,其它容器可以类比。
void test_vector1()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//找到末尾的节点
std::vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 4);
if (it != v.end())
{
// it失效还是不失效?
v.erase(it);
}
//尾删后,能读写吗?
// 读
cout << *it << endl;
// 写
(*it)++;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
看完或运行代码后,你发现报错了,或者你会说这不报错才怪呢?这里的 it 迭代器指向的是最后一个节点,你把它都删了,你还访问别人不报错才有问题。
那如果不是尾删呢?我们把上文的代码中删除的节点换为任意节点呢?如下修改
void test_vector2()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// it失效还是不失效?
std::vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (it != v.end())
{
v.erase(it);
}
// 读
cout << *it << endl;
// 写
(*it)++;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
此时可能会有不同的声音了,在部分平台上会报错如vs,而在部分平台上却可以正常运行如:g++
vs2013报错
g++正常运行
有同学表示麻了,那这种情况到底是算错还是不算错呢?此时我们回到尾删的情况,在尾删时我们都知道一定会报错的,因为你访问了你已经删除的空间了,而其它位置的删除由于前移的原因,就算是改位置删除了,也有后面的节点来占位,所以我们就可以下结论了,尾删迭代器失效其它位置不会。
哦,真的这么简单吗? 那位为啥在vs2013中只存在要删除了迭代器就会失效这种判定呢?
我们再回到编程的思维,假定你在处理一个数组利用迭代器不停的翻来覆去的去不停的实现各种需求,此时每一次的操作都有可能去触碰尾节点,尾节点可以无数次在你的修改中保持不变,但只要有一次你删除了尾节点然后又去使用这就会报错,所以不仅为了平台的可移植性还为了代码的完美,我们就要认定只要删除了节点迭代器就失效了
注:在不更新迭代器情况下,任意删除除了尾删会一定出错,也有其它的场景会得不到预期的结果
例如:1 2 2 5 vector容器中的需求删除偶数,结果会得到1 2 5,
原因:删除第一个2时由于删除节点后会自动前移,后it++,第二个2就被忽略了
void test_vector()
{
// 要求删除所有偶数
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
解决方法:
在查询后,我们知道了erase会返回一个新的迭代器,这个返回值就是我们来更新旧迭代器的。
当然如果不是被删的迭代器就不能用这种方法了,就只能老老实实的重新去找了,一般来说直接减去相应的删除个数就行。
注:由于空间的改变只针对被删的节点和该节点后面的节点(list链表由于节点的独立性,只会影响前者),所以只需要更新这些节点就行了
void test_vector3()
{
// 要求删除所有偶数
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
//更新迭代器
it = v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
2、插入 insert push
在看完删除情况中的迭代器失效后,大家想必也知道了迭代器失效的原因在一些操作后旧迭代器会访问错误的地址,那此时我们就可以类比了。
删除是前移,插入就是后移了,当然也会改变地址迭代器与成员的对应关系,结局方法直接看删除的情况就行了。
注:特别的由于插入的情况还有一种特别的——扩容,当达到容器的容量时再插入,就会触发扩容机制,而扩容机制中又有方式异地扩容和本地扩容,参考前文尾删的存在就bug的情况,所以我们最好直接认为,每一次的插入都会触发扩容机制且都为异地扩容,所以每一次的插入都要更新迭代器,且是所有迭代器(都异地扩容搬家了,所有地址都变了),当然在部分容器中就不用更新,如list,它的节点都是独立的互不影响的
总结
迭代器是指针的优化版本,迭代器失效本质上是在一些操作后原本的迭代器会访问错误的,只要会地址空间结构改变的行为都要更新相应的迭代器。
下一篇: CFBundleVersion
推荐阅读
-
为什么使用迭代器时有时需要更新(迭代器失效)?
-
对话NGC蔡岩:从机制创新到价值沉淀,解析DeFi产品开发逻辑 |链捕手 - 真正的DeFi产品首先要有足够的安全性和稳定性,如果能在此基础上有一些功能创新,那就非常好了。像 Uniswap 这样逐渐成为 DeFi 基础架构的产品,可遇而不可求。 链式捕手:固定利率协议之前关注度比较高,但观察下来发现,大部分协议还是类似于传统金融CDO(抵押债务凭证)的玩法,风险系数很高,您如何理解这块业务的价值和风险? 蔡岩:确实有些定息协议类似CDO玩法,背后绑定一个债券,但并不是所有的定息协议都是这样的玩法,像这种CDO玩法的主要代表项目是88mph,背后绑定的是Aave、Compoud这样的借贷协议,在此基础上做定息和浮息债券;像APWine,背后同样是Aave,它会发行期货收益代币来锁定你的收益;Notional本身是做借贷市场的,在此基础上做定息协议。 非 CDO 的玩法,比如 Horizon,更像是一个利率撮合器,背后需要用户通过拍卖产生更合适的目标收益率;像 Saffron、BarnBridge 等是通过风险分级来定义不同的收益率。总的来说,创新还是挺多的。 价值层面是创新和想象力,因为在传统金融领域,比如银行做固定收益证券,或者评级机构给风险分级,这些业务都非常大,利润也很丰厚。而 DeFi 的对口业务给了类似业务很大的想象空间。尤其是固定利率协议的成熟产品不多,尝试各种微创新是很有意义的。 风险程度还是要具体到不同的玩法,比如,在 Aave、Compoud 等借贷协议的固定利率协议背后,如果这些借贷协议受到攻击,与之绑定的固定利率协议也会受损。 同样,如果自己做借贷市场,可能更需要更强的开发能力。再有,如果该程序的机制或参数设计不当,同样会导致协议运行不稳定,并可能造成大量用户清盘。 总的来说,风险在于固定利率协议的设计,这是一个非常复杂的过程,需要不断地尝试和出错。 链式捕捉器:刚刚提到背后是Aave/Compound的固定费率协议风险较大,您认为Aave最大的不确定性和创新点分在哪里? 蔡岩:其实爱钱进一直被认为是走在行业前列的项目,他们的迭代速度非常快,比如率先尝试闪贷、推出新的经济激励模式、推出目前业内首个安全模块、尝试L2解决方案等等。 而在主要的借贷业务上,他们又十分谨慎,比如在抵押率、清算系数等风险参数的设计上相对于其他借贷协议较为保守,并不会存在为了吸引更多借贷资金而降低风险的要求。 与许多 DeFi 项目一样,即使 Aave 进行了多次审计,也无法保证不存在漏洞。前段时间,Aave 刚进入 V2 阶段时,白帽黑客就指出了某个漏洞。 之前的创新点可能是闪电借贷,这是当时业内独一无二的新产品功能,也为 Aave 带来了不少收益。当然,也有人批评闪电贷只能方便黑客实现资金效益的最大化,但工具本身并没有错,未来闪电贷肯定会有更多的应用场景。 其次是安全模块的设计,这有点像项目本身的储备金库,保障项目的安全性,这也是爱维开创的先河。说实话,目前大多数项目都没有做到代币模式的良性或正向运营,也做不到像Aave一样的安全模块,这是一个不小的门槛。 Chaincatcher从某种程度上来说,挖矿模式是DeFi财富效应的根本支撑,但Aave的CEO却说挖矿机制带来的动力是不可持续的,您怎么看这个观点? 蔡岩:"挖矿机制 "不可能失效,因为它是一种激励机制,或者说是项目冷启动的一种方式。但流动性开采亚博体育手机客户端不会一直高涨。比如去年11月的流行性挖矿高APY持续了一两个月就崩盘了,导致DeFi市场大幅回调。 Aave、Uniswap、Synthetix等项目真正爆发进入市值前15名也是在今年2月,我更倾向于这是头部DeFi长期价值的体现。虽然大家都喜欢抢高APY的矿机,但我个人很少参与挖矿,所以我并不觉得流动性挖矿是DeFi的基本面支撑。
-
F#探险之旅(二):函数式编程(上)-函数式编程范式简介 F#主要支持三种编程范式:函数式编程(Functional Programming,FP)、命令式编程(Imperative Programming)和面向对象(Object-Oriented,OO)的编程。回顾它们的历史,FP是最早的一种范式,第一种FP语言是IPL,产生于1955年,大约在Fortran一年之前。第二种FP语言是Lisp,产生于1958,早于Cobol一年。Fortan和Cobol都是命令式编程语言,它们在科学和商业领域的迅速成功使得命令式编程在30多年的时间里独领风骚。而产生于1970年代的面向对象编程则不断成熟,至今已是最流行的编程范式。有道是“*代有语言出,各领风骚数十年”。 尽管强大的FP语言(SML,Ocaml,Haskell及Clean等)和类FP语言(APL和Lisp是现实世界中最成功的两个)在1950年代就不断发展,FP仍停留在学院派的“象牙塔”里;而命令式编程和面向对象编程则分别凭着在商业领域和企业级应用的需要占据领先。今天,FP的潜力终被认识——它是用来解决更复杂的问题的(当然更简单的问题也不在话下)。 纯粹的FP将程序看作是接受参数并返回值的函数的集合,它不允许有副作用(side effect,即改变了状态),使用递归而不是循环进行迭代。FP中的函数很像数学中的函数,它们都不改变程序的状态。举个简单的例子,一旦将一个值赋给一个标识符,它就不会改变了,函数不改变参数的值,返回值是全新的值。 FP的数学基础使得它很是优雅,FP的程序看起来往往简洁、漂亮。但它无状态和递归的天性使得它在处理很多通用的编程任务时没有其它的编程范式来得方便。但对F#来说这不是问题,它的优势之一就是融合了多种编程范式,允许开发人员按照需要采用最好的范式。 关于FP的更多内容建议阅读一下这篇文章:Why Functional Programming Matters(中文版)。F#中的函数式编程 从现在开始,我将对F#中FP相关的主要语言结构逐一进行介绍。标识符(Identifier) 在F#中,我们通过标识符给值(value)取名字,这样就可以在后面的程序中引用它。通过关键字let定义标识符,如: let x = 42 这看起来像命令式编程语言中的赋值语句,两者有着关键的不同。在纯粹的FP中,一旦值赋给了标识符就不能改变了,这也是把它称为标识符而非变量(variable)的原因。另外,在某些条件下,我们可以重定义标识符;在F#的命令式编程范式下,在某些条件下标识符的值是可以修改的。 标识符也可用于引用函数,在F#中函数本质上也是值。也就是说,F#中没有真正的函数名和参数名的概念,它们都是标识符。定义函数的方式与定义值是类似的,只是会有额外的标识符表示参数: let add x y = x + y 这里共有三个标识符,add表示函数名,x和y表示它的参数。关键字和保留字关键字是指语言中一些标记,它们被编译器保留作特殊之用。在F#中,不能用作标识符或类型的名称(后面会讨论“定义类型”)。它们是: abstract and as asr assert begin class default delegate do donedowncast downto elif else end exception extern false finally forfun function if in inherit inline interface internal land lazy letlor lsr lxor match member mod module mutable namespace new nullof open or override private public rec return sig static structthen to true try type upcast use val void when while with yield 保留字是指当前还不是关键字,但被F#保留做将来之用。可以用它们来定义标识符或类型名称,但编译器会报告一个警告。如果你在意程序与未来版本编译器的兼容性,最好不要使用。它们是: atomic break checked component const constraint constructor continue eager event external fixed functor global include method mixinobject parallel process protected pure sealed trait virtual volatile 文字值(Literals) 文字值表示常数值,在构建计算代码块时很有用,F#提供了丰富的文字值集。与C#类似,这些文字值包括了常见的字符串、字符、布尔值、整型数、浮点数等,在此不再赘述,详细信息请查看F#手册。 与C#一样,F#中的字符串常量表示也有两种方式。一是常规字符串(regular string),其中可包含转义字符;二是逐字字符串(verbatim string),其中的(")被看作是常规的字符,而两个双引号作为双引号的转义表示。下面这个简单的例子演示了常见的文字常量表示: let message = "Hello World"r"n!" // 常规字符串let dir = @"C:"FS"FP" // 逐字字符串let bytes = "bytes"B // byte 数组let xA = 0xFFy // sbyte, 16进制表示let xB = 0o777un // unsigned native-sized integer,8进制表示let print x = printfn "%A" xlet main = print message; print dir; print bytes; print xA; print xB; main Printf函数通过F#的反射机制和.NET的ToString方法来解析“%A”模式,适用于任何类型的值,也可以通过F#中的print_any和print_to_string函数来完成类似的功能。值和函数(Values and Functions) 在F#中函数也是值,F#处理它们的语法也是类似的。 let n = 10let add a b = a + blet addFour = add 4let result = addFour n printfn "result = %i" result 可以看到定义值n和函数add的语法很类似,只不过add还有两个参数。对于add来说a + b的值自动作为其返回值,也就是说在F#中我们不需要显式地为函数定义返回值。对于函数addFour来说,它定义在add的基础上,它只向add传递了一个参数,这样对于不同的参数addFour将返回不同的值。考虑数学中的函数概念,F(x, y) = x + y,G(y) = F(4, y),实际上G(y) = 4 + y,G也是一个函数,它接收一个参数,这个地方是不是很类似?这种只向函数传递部分参数的特性称为函数的柯里化(curried function)。 当然对某些函数来说,传递部分参数是无意义的,此时需要强制提供所有参数,可是将参数括起来,将它们转换为元组(tuple)。下面的例子将不能编译通过: let sub(a, b) = a - blet subFour = sub 4 必须为sub提供两个参数,如sub(4, 5),这样就很像C#中的方法调用了。 对于这两种方式来说,前者具有更高的灵活性,一般可优先考虑。 如果函数的计算过程中需要定义一些中间值,我们应当将这些行进行缩进: let halfWay a b = let dif = b - a let mid = dif / 2 mid + a 需要注意的是,缩进时要用空格而不是Tab,如果你不想每次都按几次空格键,可以在VS中设置,将Tab字符自动转换为空格;虽然缩进的字符数没有限制,但一般建议用4个空格。而且此时一定要用在文件开头添加#light指令。作用域(Scope)作用域是编程语言中的一个重要的概念,它表示在何处可以访问(使用)一个标识符或类型。所有标识符,不管是函数还是值,其作用域都从其声明处开始,结束自其所处的代码块。对于一个处于最顶层的标识符而言,一旦为其赋值,它的值就不能修改或重定义了。标识符在定义之后才能使用,这意味着在定义过程中不能使用自身的值。 let defineMessage = let message = "Help me" print_endline message // error 对于在函数内部定义的标识符,一般而言,它们的作用域会到函数的结束处。 但可使用let关键字重定义它们,有时这会很有用,对于某些函数来说,计算过程涉及多个中间值,因为值是不可修改的,所以我们就需要定义多个标识符,这就要求我们去维护这些标识符的名称,其实是没必要的,这时可以使用重定义标识符。但这并不同于可以修改标识符的值。你甚至可以修改标识符的类型,但F#仍能确保类型安全。所谓类型安全,其基本意义是F#会避免对值的错误操作,比如我们不能像对待字符串那样对待整数。这个跟C#也是类似的。 let changeType = let x = 1 let x = "change me" let x = x + 1 print_string x 在本例的函数中,第一行和第二行都没问题,第三行就有问题了,在重定义x的时候,赋给它的值是x + 1,而x是字符串,与1相加在F#中是非法的。 另外,如果在嵌套函数中重定义标识符就更有趣了。 let printMessages = let message = "fun value" printfn "%s" message; let innerFun = let message = "inner fun value" printfn "%s" message innerFun printfn "%s" message printMessages 打印结果: fun value inner fun valuefun value 最后一次不是inner fun value,因为在innerFun仅仅将值重新绑定而不是赋值,其有效范围仅仅在innerFun内部。递归(Recursion)递归是编程中的一个极为重要的概念,它表示函数通过自身进行定义,亦即在定义处调用自身。在FP中常用于表达命令式编程的循环。很多人认为使用递归表示的算法要比循环更易理解。 使用rec关键字进行递归函数的定义。看下面的计算阶乘的函数: let rec factorial x = match x with | x when x < 0 -> failwith "value must be greater than or equal to 0" | 0 -> 1 | x -> x * factorial(x - 1) 这里使用了模式匹配(F#的一个很棒的特性),其C#版本为: public static long Factorial(int n) { if (n < 0) { throw new ArgumentOutOfRangeException("value must be greater than or equal to 0"); } if (n == 0) { return 1; } return n * Factorial (n - 1); } 递归在解决阶乘、Fibonacci数列这样的问题时尤为适合。但使用的时候要当心,可能会写出不能终止的递归。匿名函数(Anonymous Function) 定义函数的时候F#提供了第二种方式:使用关键字fun。有时我们没必要给函数起名,这种函数就是所谓的匿名函数,有时称为lambda函数,这也是C#3.0的一个新特性。比如有的函数仅仅作为一个参数传给另一个函数,通常就不需要起名。在后面的“列表”一节中你会看到这样的例子。除了fun,我们还可以使用function关键字定义匿名函数,它们的区别在于后者可以使用模式匹配(本文后面将做介绍)特性。看下面的例子: let x = (fun x y -> x + y) 1 2let x1 = (function x -> function y -> x + y) 1 2let x2 = (function (x, y) -> x + y) (1, 2) 我们可优先考虑fun,因为它更为紧凑,在F#类库中你能看到很多这样的例子。 注意:本文中的代码均在F# 1.9.4.17版本下编写,在F# CTP 1.9.6.0版本下可能不能通过编译。 F#系列随笔索引页面