C++ vector 访问元素用 at and [] 有什么区别?

前言: 最近同事开发过程遇到了一个奇怪的coredump问题,崩溃位置和提交改动没有任何关系,看了几小时后来才发现原来是vector越界访问了,使用了[]越界访问元素。在此,记录一下at()[]的区别,便于日后可以更快速地定位问题。

1. 源码对比

  • operator[]

/* This operator allows for easy, array-style, data access. - Note that data access with this operator is unchecked and
- out_of_range lookups are not defined. (For checked lookups
- see at().)
- */ reference operator[](size_type __n) _GLIBCXX_NOEXCEPT { __glibcxx_requires_subscript(__n); return *(this->_M_impl._M_start + __n); }

从以上代码以及注释可以看出, []下标运算符不会做越界访问保护,而且不会抛出异常,所以使用[]访问元素时,需要自己做越界检查,否则可能会导致未定义的行为。

  • at()

/* This function provides for safer data access. The parameter - is first checked that it is in the range of the vector. The
- function throws out_of_range if the check fails.
- */ reference at(size_type __n) { _M_range_check(__n); return (*this)[__n]; }

从源码中可以看到,at()函数会做越界访问保护,如果越界会抛出out_of_range异常,然后再通过operator[]运行访问。

2. 代码测试

  • []

以下代码不会抛出异常,但是会导致未定义的行为,程序继续运行,但程序可能在某个时候崩溃,增加了问题定位难度。


std::vector<int> arr; arr[1]; //
  • at()

以下代码会抛出out_of_range异常,在访问元素时立即崩溃。


std::vector<int> arr; arr.at(1);

3. 如何快速定位内存错误?

ASAN(gcc address sanitizer)是一个内存错误检测工具,可以检测内存越界访问,内存泄漏等问题。

例如以下程序:


int func() { std::vector<int> arr; return arr[1]; } std::cout<<func()<<std::endl;

通过以下命令编译程序,然后运行程序:


g++ -g -fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer -o vector_test vector_test.cpp ./vector_test

当程序发生内存错误时,会打印出错误信息:


AddressSanitizer:DEADLYSIGNAL ================================================================= ==2026418==ERROR: AddressSanitizer: SEGV on unknown address 0x000000000004 (pc 0x5615f166641e bp 0x7ffde401e7d0 sp 0x7ffde401e720 T0) ==2026418==The signal is caused by a READ memory access. ==2026418==Hint: address points to the zero page. #0 0x5615f166641d in func() /home/qiang/CppTest/vector_test.cpp:7 #1 0x5615f16664af in main /home/qiang/CppTest/vector_test.cpp:12 #2 0x7fa0b1af7082 in __libc_start_main ../csu/libc-start.c:308 #3 0x5615f166626d in _start (/home/qiang/CppTest/vector_test+0x126d) AddressSanitizer can not provide additional info. SUMMARY: AddressSanitizer: SEGV /home/qiang/CppTest/vector_test.cpp:7 in func() ==2026418==ABORTING

4. 结论

  • 当对效率要求较高时,使用[]访问元素,但是需要自己做越界检查。
  • 当对效率要求不高时,使用at()访问元素,会做越界检查,如果越界会抛出out_of_range异常。

5. 启示

当发生奇怪的coredump时,可以尝试使用ASAN等工具检测内存错误,可以快速定位问题。


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