为啥 vector::clear 不从向量中删除元素？

Posted 2023-02-18

【中文标题】为啥 vector::clear 不从向量中删除元素？

【英文标题】：Why doesn't vector::clear remove elements from a vector?为什么 vector::clear 不从向量中删除元素？

【发布时间】：2013-06-21 14:19:50

【问题描述】：

当我在std::vector 上使用clear() 时，它应该会破坏vector 中的所有元素，但实际上并没有。

示例代码：

vector<double> temp1(4);
cout << temp1.size() << std::endl;
temp1.clear();
cout << temp1.size() << std::endl;

temp1[2] = 343.5; // I should get segmentation fault here ....

cout << "Printing..... " << temp1[2] << endl;
cout << temp1.size() << std::endl;

现在，我应该在尝试访问已清除的向量时遇到分段错误，但它会填充那里的值（在我看来这是非常错误的）

结果如下：

4
0
Printing..... 343.5
0

这正常吗？这是一个很难发现的错误，它基本上杀死了我几个月的代码。

【问题讨论】：

如果你想捕捉类似的bug，使用checked容器（gcc可以做到这一点，或者外部stl库等）

内存管理单元产生分段错误，这是一个 C++ 不需要的硬件组件。如果未能获得段错误导致您的程序行为不端，那么您将遇到更严重的问题。

您可以使用at 运算符进行边界检查并给出异常。我建议使用at 而不是[]

@KarolyHorvath：默认情况下，MSVC 的库在调试版本中被选中，而在发布版本中未选中。太棒了。

您可以考虑尝试使用 clang 静态分析器分析您的代码：clang-analyzer.llvm.org。我认为它会标记这个错误。

【参考方案1】：

您无权获得分段错误。就此而言，分段错误甚至不是 C++ 的一部分。您的程序正在从向量中删除所有元素，并且您非法访问容器越界。这是未定义的行为，这意味着任何事情都可能发生。确实，发生了一些事情。

【讨论】：

又是 C++ 编译器的话题，UB 上的那种格式游览 HDD :D

从 C++ 标准到充满新手编译器的“类”——“你有权保持沉默”... :-)

【参考方案2】：

当您访问向量边界之外时，您会得到未定义的行为。这意味着任何事情都可能发生。随便。

所以你可能会得到旧值、垃圾或段错误。你不能依赖任何东西。

如果您想要边界检查，请使用at() 成员函数而不是operator []。它将抛出异常而不是调用未定义的行为。

【参考方案3】：

来自 cppreference：

void clear();

从容器中移除所有元素。使引用包含元素的任何引用、指针或迭代器无效。可能使任何过去的迭代器无效。 许多实现在调用clear() 后不会释放分配的内存，实际上保持向量的容量不变。

所以没有明显问题的原因是向量仍然有可用的内存。当然，这只是特定于实现的，而不是错误。此外，正如其他答案所指出的那样，您的程序也确实具有未定义的行为，用于首先访问已清除的内容，因此从技术上讲，任何事情都可能发生。

【讨论】：

高亮部分是由标准保证的，还是只是典型的行为？

@sasha.sochka 为什么这很重要？

@MarkRansom 该标准只是说它将清除容器中的所有元素。我找不到任何东西（到目前为止）可以保证这种行为。

@0x499602D2，我之所以这么问，是因为 cppreference.com 是一个 wiki，它可能包含不准确的信息。

@0x499602D2 序列容器要求（第 23.2.3 节/表 100）状态 a.clear() - 销毁 a 中的所有元素。使所有引用 a 的元素的引用、指针和迭代器无效，并可能使过去的迭代器无效。 cppreference 是错误的，因为 capacity() 保持不变，而过去的迭代器仍然有效.

【参考方案4】：

让我们想象一下你很富有（也许你是或者你不是......无论如何）！

由于您富有，您可以在茉莉雅岛（法属波利尼西亚的向风群岛）购买一块土地。 你很确定这是一个不错的房产，所以你在那个岛上建了一座别墅，然后住在那里。 你的别墅有一个游泳池、一个网球场、一个大车库，还有更多好东西。

一段时间后，您会离开茉莉雅岛，因为您认为那里变得非常无聊。运动多，但人少。 你卖掉了你的土地和别墅，并决定搬到其他地方。

如果您稍后再回来，您可能会遇到很多不同的事情，但您甚至无法确定其中的一件。

您的别墅可能已经消失，取而代之的是俱乐部酒店。 你的别墅可能还在。 该岛可能会沉没。 ...

谁知道？ 即使别墅可能不再属于您，您甚至可以再次跳入游泳池或打网球。 旁边可能还有另一栋别墅，您可以在更大的游泳池中游泳，而不会分散您的注意力。

如果你再次回来，你无法保证你会发现什么，这与你的向量相同，它在我看过的实现中包含三个指针： （名称可能不同，但功能大体相同。）

begin 指向分配内存位置的开始（即 X） end 指向分配内存+1的末尾（即开始+4） last 指向容器中的最后一个元素 +1（即 begin+4）

通过调用 clear 容器可能会销毁所有元素并重置 last = begin;。函数 size() 很可能是 return last-begin;，因此您将观察到容器大小为 0。 尽管如此，begin 可能仍然有效并且可能仍然分配了内存（end 可能仍然是begin+4）。你甚至可以观察到你在 clear() 之前设置的值。

std::vector<int> a(4);
a[2] = 12;
cout << "a cap " << a.capacity() << ", ptr is " << a.data() << ", val 2 is " << a[2] << endl;
a.clear();
cout << "a cap " << a.capacity() << ", ptr is " << a.data() << ", val 2 is " << a[2] << endl;

打印：

上限 4，ptr 是 00746570，val 2 是 12 上限 4，ptr 为 00746570，val 2 为 12

为什么你没有发现任何错误？这是因为std::vector<T>::operator[] 不执行任何越界检查（与std::vector<T>::at() 不同）。 由于 C++ 不包含“段错误”，因此您的程序似乎可以正常运行。

注意：如果在调试模式下编译，MSVC 2012 operator[] 会执行边界检查。

欢迎来到未定义行为的土地！事情可能发生也可能不会发生。您甚至可能无法对单一情况有所了解。 您可以冒险并大胆地研究一下，但这可能不是生成可靠代码的方法。

【参考方案5】：

operator[] 高效但有代价：它不执行边界检查。

有更安全有效的方式来访问向量，例如迭代器等。

如果你需要一个随机访问的向量（即不总是顺序的），要么在编写程序时非常小心，要么使用效率较低的at()，在相同的条件下会引发异常。

【讨论】：

可能更准确的说法是，许多实现在清除后不会释放 - 请参阅 0x499602D2 答案中的 cmets。

【参考方案6】：

您可能会遇到段错误，但这并不确定，因为在之前调用的clear() 之后使用operator[] 访问超出范围的向量元素只是未定义的行为。从您的帖子来看，您似乎想尝试元素是否被破坏，因此您可以为此目的使用at public 函数：

函数自动检查 n 是否在 向量中的有效元素，如果它抛出一个 out_of_range 异常 不是（即，如果 n 大于或等于其大小）。这是在 与成员 operator[] 相比，它不检查边界。

另外，clear()之后：

与此容器相关的所有迭代器、指针和引用都是 无效。

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/at/

【参考方案7】：

尝试访问您用于构造函数的 4 之外的元素，您可能会遇到分段错误 cplusplus.com 的另一个想法：

清除内容

从向量中移除所有元素（被销毁），留下大小为 0 的容器。

不保证会发生重新分配，也不保证向量容量会因为调用此函数而改变。强制重新分配的典型替代方法是使用交换：

vector().swap(x); // 清除 x 重新分配

【参考方案8】：

如果你使用

temp1.at(2) = 343.5;

而不是

temp1[2] = 343.5;

你会发现问题。推荐使用at()的功能，operator[]不检查边界。不知道 STL vector 的实现，就可以避免这个 bug。

顺便说一句，我在我的 Ubuntu (12.04) 中运行你的代码，结果就像你说的那样。但是，在Win7中，却报“Assertion Failed”。

嗯，这让我想起了字符串流的类型。如果定义句子

stringstream str;
str << "3456";

如果重用str，我被告知这样做

str.str("");
str.clear();

而不仅仅是使用句子

str.clear();

我在 Ubuntu 中尝试了resize(0)，但结果毫无用处。

【讨论】：

我很好奇 - 有没有办法让 GCC 像 MSVC 一样工作并自动检测此类问题？我通常在 Windows 上编程，我发现它非常很有帮助，但我也在 Linux 下工作，我想使用相同的错误检查机制。

【参考方案9】：

是的，这很正常。 clear() 不保证重新分配。尝试在clear() 之后使用resize()。

【讨论】：

resize 也不保证重新分配，但它保证将元素重置为已知值。

【参考方案10】：

到目前为止，对答案的一个重要补充：如果实例化向量的类提供了析构函数，则会在清除时调用它（以及在 resize(0) 上）。

试试这个：

struct C

    char* data;
    C()            data = strdup("hello"); 
    C(C const& c)  data = strdup(c.data); 
    ~C()           delete data; data = 0; ;
;
int main(int argc, char** argv)

    std::vector<C> v;
    v.push_back(C());
    puts(v[0].data);
    v.clear();
    char* data = v[0].data; // likely to survive
    puts(data);             // likely to crash
    return 0;

这个程序很可能会因分段错误而崩溃 - 但（很可能）不是在char* data = v[0].data;，而是在puts(data); 行（使用调试器查看）。

典型的向量实现使分配的内存保持不变，并在调用析构函数后保持原样（但是，不能保证 - 请记住，这是未定义的行为！）。最后一件事是将 C 实例的数据设置为 nullptr，虽然对于 C++/vector 而言无效，但内存仍然存在，因此可以（非法）访问它而不会出现分段错误。当在 puts 中取消引用 char* data 指针时会发生这种情况，因为它是 null...