字符串自追加时反向迭代器的有效性保障问题

问题描述 #

我需要生成一个由原字符串与其反转字符串拼接而成的新字符串，请问以下代码是否能保证正常运行？

auto pq = [](std::string &s){ s.reserve(2*s.size()); s.append(s.rbegin(), s.rend()); };

已知reserve会合理设置capacity，但调用append时使用反向迭代器，是否会导致这些迭代器失效？

参考标准条款 #

我的C11标准副本（与C17草案语言表述一致）中，§[string.capacity]节规定：

void reserve(size_type res_arg=0);
10. 成员函数reserve()是一条指令，告知basic_string对象计划进行的大小变更，以便其相应地管理存储分配。
11. 效果：调用reserve()后，capacity()将大于或等于reserve的参数。[注：调用reserve()时传入小于当前capacity()的res_arg参数，实际上是一个非强制性的收缩请求；传入res_arg <= size()的参数，则是一个非强制性的收缩至合适大小的请求。——结束注]
12. 抛出异常：若res_arg > max_size()，则抛出length_error异常。²²⁷

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^{227) reserve()会使用allocator_traits::allocate()，该函数可能抛出相应的异常。}

而§[string.append]节规定：

basic_string& append(const charT* s, size_type n);
11. 要求：s指向一个至少包含n个charT元素的数组。
12. 抛出异常：若size() + n > max_size()，则抛出length_error异常。
13. 效果：函数将this所控制的字符串替换为一个长度为size() + n的字符串，其前size()个元素是原this所控制字符串的副本，剩余元素是s的前n个元素的副本。
14. 返回值：*this。

解答 #

放心，这段代码完全可以保证正常运行，不会出现迭代器失效的问题，原因很明确：

首先，s.reserve(2*s.size())提前为字符串预留了足够的存储空间——调用后字符串的capacity()至少是原长度的两倍，而此时size()还是原字符串的长度。这意味着后续的append操作不需要扩容，因为总长度（原长度+反转后的长度）刚好等于2*s.size()，完全在预留的容量范围内。

那反向迭代器为什么不会失效？迭代器失效最常见的原因是容器发生内存重新分配（比如扩容时需要把旧内存的内容拷贝到新内存，旧迭代器就指向无效地址了），但这里我们已经提前搞定了容量，append过程中不会触发任何内存重新分配。而且，s.rbegin()和s.rend()指向的是原字符串的元素范围——append是在原字符串的末尾追加内容，原字符串的前半部分会被完整保留，这些元素的内存位置根本没动，反向迭代器指向的原字符串末尾到开头的位置自然也不会失效。

结合你贴的标准条款再确认下：

• reserve的效果保证了容量足够，所以append不会触发扩容，避免了迭代器失效的核心诱因。
• append的效果明确说明会保留原字符串的前size()个元素，再追加新内容，原元素的内存位置稳定，反向迭代器的指向一直有效。

举个实际例子：假设原字符串是"hello"，reserve(10)后容量至少是10，size()还是5。调用append(s.rbegin(), s.rend())后，会把"olleh"追加到后面，最终得到"helloolleh"——整个过程中"hello"的内存位置没变化，反向迭代器指向的o、l、l、e、h也都在原来的位置，完全没问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jxh