在C++中能否将迭代器存储在结构体中？若不可行，原因是什么？

我需要从多个JSON文件读取数据，打算在初始化完成后再执行实际读取操作。出于特定原因，我认为把每个JSON文件首个元素对应的迭代器存储起来会很有用，这样后续就能遍历每个JSON文件并读取第i个元素。

但遇到了问题：如果创建迭代器后立即用它解析数据，一切正常；但把迭代器存储到结构体中，后续再使用时会出现读访问违例。以下是相关代码片段：

首先是存储单个JSON文件信息的结构体声明：

typedef struct _struct {
    ...
    boost::property_tree::ptree json_struct;
    boost::property_tree::ptree::iterator it;
    ...
} json_handler;

然后是存储多个handler的容器：

std::map<std::string, json_handler> mjh;

这段代码可以正常工作：

json_handler cms;
boost::property_tree::read_json(full_path, cms.json_struct);
boost::property_tree::ptree &data = cms.json_struct.get_child("frames");
// 如果在此处直接遍历JSON内容，一切正常
for (boost::property_tree::ptree::iterator element = data.begin(); element != data.end(); element++)
    double time = element->second.get<double>("ST");
// 将当前json_handler插入到map中
mjh.insert(std::pair<std::string,json_handler>(name, cms));

但这段后续使用数据的代码无法正常工作：

// 后续使用数据的代码
std::map<std::string, json_handler>::iterator it;
for (it = mjh.begin(); it != mjh.end(); it++) {
    double _st = it->second.it->second.get<double>("ST");
    std::cout << "ST: " << std::to_string(_st ) << std::endl;
    ...
}

请问：能否将迭代器存储在结构体中？若不可行，原因是什么？

当然可以存储迭代器，但你的问题出在迭代器失效上，具体原因如下：

当你执行mjh.insert(std::pair<std::string,json_handler>(name, cms))时，你把cms这个json_handler对象拷贝到了std::map中。而你之前存在cms.it里的迭代器，是指向cms.json_struct.get_child("frames")这个子树的内部数据的——这个子树属于原来的cms对象。

一旦拷贝完成，map里的json_handler是一个完全独立的副本：它的json_struct拥有自己的内存空间，和原来的cms没有任何关系。而你存储的迭代器依然指向原来cms对象的frames子树内存。如果原来的cms是局部变量，之后会被销毁，那这片内存就变成了无效内存；就算cms还存在，你用这个迭代器去访问map里的副本对象的json_struct，本质上是在访问错误的内存区域，自然会触发读访问违例。

Boost Property Tree的迭代器和STL容器迭代器的特性类似：它们绑定到特定的容器实例，当容器被拷贝、移动或者销毁时，原来的迭代器就会失效，无法再用于访问新的容器实例。

解决办法 #

有几种可行的方案来修复这个问题：

1. 使用智能指针存储json_handler，避免拷贝

把std::map的 value 类型改成智能指针，这样就不会拷贝整个json_handler对象，只会传递指针，迭代器指向的还是同一个ptree实例：

// 修改容器类型
std::map<std::string, std::unique_ptr<json_handler>> mjh;

// 创建并初始化handler
auto cms = std::make_unique<json_handler>();
boost::property_tree::read_json(full_path, cms->json_struct);
boost::property_tree::ptree &data = cms->json_struct.get_child("frames");
cms->it = data.begin();

// 插入到map中（移动语义，避免拷贝）
mjh.emplace(name, std::move(cms));

// 后续使用时
for (auto &entry : mjh) {
    double _st = entry.second->it->second.get<double>("ST");
    std::cout << "ST: " << std::to_string(_st) << std::endl;
}

2. 不存储迭代器，每次需要时重新获取

如果你的场景允许，也可以不存储迭代器，每次需要访问时重新获取frames子树的迭代器：

// 修改结构体，去掉存储的迭代器
typedef struct _struct {
    ...
    boost::property_tree::ptree json_struct;
    ...
} json_handler;

// 后续使用时
for (auto &entry : mjh) {
    auto &frames = entry.second.json_struct.get_child("frames");
    if (!frames.empty()) {
        double _st = frames.begin()->second.get<double>("ST");
        std::cout << "ST: " << std::to_string(_st) << std::endl;
    }
}

这种方法虽然每次都要调用get_child和begin()，但胜在简单安全，不会有迭代器失效的问题。

3. 存储frames子树的副本

如果整个JSON里你只关心frames部分，也可以直接在结构体里存储frames子树的副本，而不是整个JSON结构，这样迭代器指向的就是结构体内部的子树，拷贝后也依然有效：

typedef struct _struct {
    ...
    boost::property_tree::ptree frames;
    boost::property_tree::ptree::iterator it;
    ...
} json_handler;

// 初始化时
json_handler cms;
boost::property_tree::ptree temp_json;
boost::property_tree::read_json(full_path, temp_json);
cms.frames = temp_json.get_child("frames");
cms.it = cms.frames.begin();
mjh.insert(std::pair<std::string,json_handler>(name, cms));

这样拷贝json_handler时，frames和迭代器都会被正确拷贝，迭代器指向的是副本里的frames子树，访问就不会出错了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Alexis Nicole