c++ - 为什么.end()返回一个无效的迭代器，而不是每次都进行评估(如.size())并检查其是否仍然有效？

Question

我最近了解了c++中的迭代器invalidaiton。我无法理解为什么for循环中的.end()函数会返回无效的迭代器，而由于它是for循环，因此每次循环运行时都会导致对.end()的函数调用，就像基于索引的for循环会.size()。

引擎盖下是否正在进行某种缓存？每次都不调用.end()吗？如果.end()函数将检查迭代器在上一次循环迭代中是否已更改，我们是否可以修复无效的迭代器？

发生了什么，最重要的是，为什么有区别(使用.size())？

我必须立即更新迭代器的示例代码:

std::vector<int> v {0, 1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    if (*it == 5 && std::next(it) == v.end()) {
        v.resize(v.size() + 1);
        it = std::next(v.begin(), v.size() - 2);
        *std::next(it) = 999;
        *it = 0;
    }
}

如果调整大小后不执行it = std::next(v.begin(), v.size() - 2);，则迭代器无效。
.size()索引循环变量不需要这样做:

for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) {
    if (v.at(i) == 5 and (i+1) == v.size()) {
        v.resize(v.size() + 1);
        v.at(i + 1) = 999;
        v.at(i) = 0;
    }
}

更新:感谢您在答案和评论中的解释。不是.end()函数使迭代器无效。整个it对象是无效的，而且我不知为何错过了for循环中的begin语句auto it = v.begin()并非在每次迭代之前完成的事实。从逻辑上思考，那么循环怎么可能会工作……

Answer 1

基本上，std::vector<int>是动态分配的int *数组的包装。因此，让我们看一下如何遍历数组。

我们可以使用大小进行迭代。此处6在您的代码中与v.size()相对应:

int *v = new int[6]{0, 1, 2, 3, 4, 5};
for (size_t i = 0; i < 6; ++i) {
    // do something with `v[i]`
}
delete[] v;

可以使用指针重写相同的循环。与std::vector的相似之处:v.end()是v = 6，v.begin()是v和std::vector<int>::iterator是int *:

int *v = new int[6]{0, 1, 2, 3, 4, 5};
for (int *it = v; it != v + 6; ++it) {
    // do something with it
}
delete[] v;

现在，当我们调整数组大小时，我们分配新的内存并复制数据并释放旧的内存，然后将指针重新分配给新的内存区域:

int *v = new int[6]{0, 1, 2, 3, 4, 5};
for (int *it = v; it != v + 6; ++it) {
    if (*it == 5 and it + 1 == v + 6) {
       // resize
       {
          int *temp = new int[7]; // allocate new array
          std::copy(v, v + 6, temp); // copy elements
          delete[] v; // delete old array
          v = temp; // reassign pointer
       }
       // Oops! `it` points into `v` that was `delete[]`d above!
    }
}
delete[] v;

由于删除了旧数组，因此指针it无效，它指向已释放的内存。