深入理解受检迭代器

C++编程中,迭代器是访问容器元素的一种非常有效的方式。然而,迭代器的使用不当可能会导致程序出现未定义行为,比如栈溢出和堆溢出等安全问题。为了解决这些问题,受检迭代器(checked iterators)应运而生。本文将通过一系列问答的形式,详细解释受检迭代器的概念、作用以及如何在实际开发中应用它们。

什么是受检迭代器?

受检迭代器提供了对容器和其他范围的受检访问。它们通常能够感知到所属的容器,并能够捕获一些运行时错误,这些错误通常会导致未定义行为。受检迭代器能够做一些明确定义的操作,比如抛出异常或终止应用程序。这对于避免与安全相关的问题特别有用。

受检迭代器能检测哪些错误?

这取决于它们的实现。一些常见的错误包括:

  • 未初始化的迭代器:
  • std::vector::iterator it; it++;
  • 越界访问:
  • std::vector::iterator it = vec.end(); it++;
  • 比较不同范围或容器的迭代器:
  • for (it = vec1.begin(); it != vec2.end(); ++it)

受检迭代器能否检测容器/范围中的无效数据?

是的。例如,UTF-8 CPP库版本2.0或更高版本具有受检迭代器适配器,能够检测无效的UTF-8序列:

utf8::iterator it(u8string.begin(), u8string.begin(), u8string.end()); it++; // 如果遇到无效的UTF-8序列,则抛出异常

注意,将有效的范围边界作为参数传递给了迭代器适配器的构造函数。

是否存在受检容器?它们有什么作用?

就像受检迭代器跟踪它们的容器一样,容器也可以跟踪迭代器。这使得能够捕获使用无效或“悬挂”迭代器等错误:

std::vector it = vec.begin(); vec.clear(); it++;

如何将未受检迭代器转换为受检迭代器?

这取决于具体情况。一些STL实现,如Dinkumware和STLPort,提供了受检和未受检的版本,并且在它们之间切换只需要设置特定的宏值。这在调试模式下使用受检迭代器,在发布模式下使用未受检迭代器的常见场景中特别方便。

除此之外,可以编写一个受检迭代器适配器,将未受检迭代器转换为受检迭代器。在Bjarne Stroustrup的经典书籍《TheC++Programming Language》中,给出了这样一个迭代器适配器的例子。一般来说,它可以这样声明:

template class checked_iterator; checked_iterator it(vecit, vec); it++; // 受检

当然,这样的适配器只是对完整受检STL实现的替代品,但仍然可能非常有帮助。

使用受检迭代器有哪些缺点?

是的 - 性能。受检迭代器比它们的未受检对应物更庞大、更慢,速度(很少是内存占用)的差异可能相当显著。有时,仅在开发和第一轮测试期间使用受检迭代器是个好主意,然后在发布软件时使用未受检迭代器,但这确实取决于具体情况。

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