添加到 std::vector 时类字段的奇怪行为

Question

在以下情况下，我发现了一些非常奇怪的行为（在 clang 和 GCC 上）。我有一个向量，nodes一个元素，一个 class 的实例Node。然后我调用一个函数nodes[0]，Node为向量添加一个新的。添加新节点时，调用对象的字段将重置！然而，一旦功能完成，它们似乎又恢复正常。

我相信这是一个最小的可重复示例：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Node;
vector<Node> nodes;

struct Node{
    int X;
    void set(){
        X = 3;
        cout << "Before, X = " << X << endl;
        nodes.push_back(Node());
        cout << "After, X = " << X << endl;
    }
};

int main() {
    nodes = vector<Node>();
    nodes.push_back(Node());

    nodes[0].set();
    cout << "Finally, X = " << nodes[0].X << endl;
}

哪些输出

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Node;
vector<Node> nodes;

struct Node{
    int X;
    void set(){
        X = 3;
        cout << "Before, X = " << X << endl;
        nodes.push_back(Node());
        cout << "After, X = " << X << endl;
    }
};

int main() {
    nodes = vector<Node>();
    nodes.push_back(Node());

    nodes[0].set();
    cout << "Finally, X = " << nodes[0].X << endl;
}

尽管您希望 X 在该过程中保持不变。

我尝试过的其他事情：

• 如果我删除添加Nodeinside的行set()，那么它每次都会输出 X = 3 。
• 如果我创建一个新的Node并在 ( Node p = nodes[0])上调用它，那么输出是 3, 3, 3
• 如果我创建一个引用Node并在 ( Node &p = nodes[0])上调用它，那么输出为 3, 0, 0（也许这是因为当向量调整大小时引用丢失了？）

出于某种原因，这是未定义的行为吗？为什么？

Answer 1

您的代码具有未定义的行为。在

void set(){
    X = 3;
    cout << "Before, X = " << X << endl;
    nodes.push_back(Node());
    cout << "After, X = " << X << endl;
}

该访问X是真的this->X和this是一个指针向量的成员。当你nodes.push_back(Node());向向量添加一个新元素时，该过程会重新分配，这会使向量中的所有迭代器、指针和元素引用无效。这意味着

cout << "After, X = " << X << endl;

正在使用this不再有效的 a。

Answer 2

nodes.push_back(Node());

将重新分配向量，从而更改 的地址nodes[0]，但this不会更新。
尝试用set以下代码替换该方法：

    void set(){
        X = 3;
        cout << "Before, X = " << X << endl;
        cout << "Before, this = " << this << endl;
        cout << "Before, &nodes[0] = " << &nodes[0] << endl;
        nodes.push_back(Node());
        cout << "After, X = " << X << endl;
        cout << "After, this = " << this << endl;
        cout << "After, &nodes[0] = " << &nodes[0] << endl;
    }

请注意&nodes[0]调用后有何不同push_back。

-fsanitize=address会捕捉到这一点，甚至会告诉你内存在哪一行被释放，如果你也用-g.