一、std::list不會產生引用失效問題

在C++中，std::list（雙向鏈表）提供了一種非常靈活的容器類型，其設計使其在插入和刪除元素時不會使其他元素的引用或指針失效。這是因為std::list在內部使用節點來存儲元素，每個節點都包含指向前后節點的指針，因此插入和刪除操作只會影響相鄰節點的指針，而不會影響其他節點。

std::list的引用和指針有效性：

• 插入元素：插入元素時，只需要調整相鄰節點的指針，而不會重新分配或移動其他節點。因此，現有元素的引用和指針不會失效。
• 刪除元素：刪除元素時，只需要調整相鄰節點的指針，然后刪除節點本身。其他節點的引用和指針仍然有效。

eg：在std::list中插入和刪除元素后，現有元素的引用和指針仍然有效：

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> myList = {1, 2, 3, 4};// 獲取指向第二個元素的引用和指針auto it = myList.begin();++it; // it指向第二個元素（2）int& ref = *it;std::cout << "Value of ref before insertions: " << ref << std::endl; // 輸出2// 在列表中插入和刪除元素myList.insert(it, 10); // 在第二個元素之前插入10myList.push_back(5);   // 在末尾插入5std::cout << "Value of ref after insertions: " << ref << std::endl; // 輸出2myList.erase(it); // 刪除第二個元素（2）std::cout << "List after deletions: ";for (const auto& value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

測試：

Program returned: 0
Program stdout
Value of ref before insertions: 2
Value of ref after insertions: 2
List after deletions: 1 10 3 4 5 

在這個示例中，即使在列表中插入和刪除元素后，ref（原本指向第二個元素的引用）仍然有效，并且保持其值為2。

使用智能指針避免同樣會導致引用失效問題

• 使用智能指針（如std::shared_ptr和std::unique_ptr）可以顯著減少引用失效問題，因為智能指針管理的是指向堆上對象的指針，而不是對象本身。

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>int main() {std::vector<std::shared_ptr<int>> vec = {std::make_shared<int>(1),std::make_shared<int>(2),std::make_shared<int>(3)};std::shared_ptr<int>& ref = vec[1];  // 引用第二個元素std::cout << *ref << std::endl;      // ref仍然有效，輸出2vec.insert(vec.begin(), std::make_shared<int>(0));  // 在開頭插入一個元素std::cout << *ref << std::endl;  return 0;
}

編譯：

Program returned: 139
Program stdout
2
Program stderr
Program terminated with signal: SIGSEGV

二、std::vector中元素引用失效問題

std::vector在以下情況下可能導致引用失效：

• 重新分配內存：當vector的容量不夠時，會重新分配內存，將現有元素移動到新的內存位置。
• 插入和刪除：在中間插入或刪除元素時，后續元素會被移動，從而使指向這些元素的引用失效。

避免引用失效的方法：

• 預先分配足夠的空間：使用reserve方法預先分配足夠的空間，以減少重新分配內存的次數。

std::vector<int> vec;
vec.reserve(100); // 預先分配足夠的空間

• 避免中間插入和刪除：盡量減少在中間插入和刪除元素的操作，可以選擇在尾部插入或刪除。

三、std::deque中元素引用失效問題

std::deque的設計使其在頭尾插入和刪除操作中引用失效的可能性較低，但在中間插入和刪除時仍然可能導致引用失效。

避免引用失效的方法：

• 避免中間插入和刪除：和vector類似，盡量減少在中間插入和刪除元素的操作。
• 使用迭代器：在插入或刪除元素后，重新獲取迭代器。

使用智能指針避免同樣會導致引用失效問題

• 在隊列中間插入新的元素之后，舊的元素的值不正確

#include <deque>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>int main() {std::deque<std::shared_ptr<int>> deq = {std::make_shared<int>(1),std::make_shared<int>(2),std::make_shared<int>(3)};std::shared_ptr<int>& ref = deq[1];  // 引用第二個元素std::cout << *ref << std::endl;      // ref仍然有效，輸出2deq.insert(deq.begin() + 1,std::make_shared<int>(10));  // 在第二個位置插入元素std::cout << *ref << std::endl;  // ref仍然有效，   但是輸出10return 0;
}

編譯：

Program returned: 0
Program stdout
2
10