【C++】map和set

zxctscl

发布于 2024-11-29 08:04:49

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1. 关联式容器

在初阶阶段，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、 forward_list(C++11)等，这些容器统称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身，存储的数据之间没有关联。那什么是关联式容器？它与序列式容器有什么区别？

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。一般还可以用来查找数据，存储的数据之间有很强的关联性。

2. 键值对

用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value表示与key对应的信息。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。 SGI-STL中关于键值对的定义：

template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
T1 first;
T2 second;
pair(): first(T1()), second(T2())
{}
pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
{}
};

3. set

set是按照一定次序存储元素的容器
在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。 set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。
在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。
set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。
set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
set中的元素默认按照小于来比较
set中查找某个元素，时间复杂度为：

log_2 n

set中的元素不允许修改(为什么?)
set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现.

3.1 set的模板参数列表

set的模板参数列表

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。 Compare：set中元素默认按照小于来比较 Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

3.2 set的构造

简单使用一下：

#include <iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;


void test_set1()
{
	set<int>s1;
	s1.insert(1);
	s1.insert(11);
	s1.insert(3);
	s1.insert(1); 
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);

	set<int>::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;


	vector<int> v = { 3,2,8,1,10,2 };
	set<int> s2(v.begin(), v.end());
	for (auto  e:s2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


	set<int> s3= { 3,2,8,1,10,2 };
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{

	test_set1();
	return 0;
}

发现set不仅仅排序，还去重：

3.3 set的迭代器

3.4 set的容量

3.5 set修改操作

erase测试一下：

set<int> s3= { 3,2,8,1,10,2 };
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	s3.erase(8);
	s3.erase(18);
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}

来看一下find:

find测试：

   set<int> s3= { 3,2,8,1,10,2 };
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	s3.erase(8);
	s3.erase(18);
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	auto pos = s3.find(3);
	if (pos != s3.end())
	{
		cout << *pos << endl;
		s3.erase(pos);
	}
	else
	{
		cout << "找不到" << endl;
	}
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

3.6 multiset

直接看代码：

void test_set2()
{
	multiset<int>s1;
	s1.insert(1);
	s1.insert(11);
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);

	set<int>::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

}

相比较于set， multiset排序没有去重，允许冗余，插入几个就存几个。在multiset中，相同值可以插入在左边，也可以在右边，看具体实现。左边树，默认插在右边。在multiset中的find，默认查找中序中第一个。

4. map

map是关联容器，它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。
在map中，键值key通常用于排序和惟一地标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同，并且在map的内部，key与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair: typedef pair<const key, T> value_type;
在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢，但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时，可以得到一个有序的序列)。
map支持下标访问符，即在[]中放入key，就可以找到与key对应的value。
map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

4.1 map的模板参数说明

key: 键值对中key的类型 T：键值对中value的类型

Compare: 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)

Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器。注意：在使用map时，需要包含头文件

4.2 map的构造

4.3 map的迭代器

iterator遍历的时候key可以修改，value不可以修改。如果是const_iterator，key和value都不可以修改。

4.4 map的容量与元素访问

问题：当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过 key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。

4.5 map中元素的修改

4.5.1 insert

insert插入的类型是：value_type&

而这个value_type是内嵌类型，就找member type：pair（键值对）

在测试代码的时候发现，pair不支持流插入符：

想要看到结果又不可能出现写一个流插入，而这时候就直接分别访问pair里面的第一个值，和第二个值：

还可以用->:

它写全就是：

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	pair<string, string>kv1("sort", "排序");
	dict.insert(kv1);
	dict.insert(pair<string, string>("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));

	//隐式类型转换
	//pair<string, string>kv2 = { "string","字符串" };

	dict.insert({ "string","字符串" });
	//map<string, string>:: iterator it = dict.begin();
	auto it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << (*it).first<<":"<<(*it).second << endl;
		/*cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;*/

		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout<<kv.first<< ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;



	//map<string, string>dict2 = { { "string","字符串" } ,{"left", "左边"},{"right", "右边" } };
	
}

pair中的first不可以修改，second可以修改。

4.5.2 erase

在erase的时候就只跟key有关联，是用key去查找的。

4.6 operator[]

operator[]相当于V& operator[](const K& key):

operator[]充当的第一个功能是插入（一般不常用）：

void test_map3()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert({ "string","字符串" });

	dict["right"];

}

这里的key就是right，value就是空的string对象，value是缺省值

operator[]第二个作用是插入加修改：刚开始返回的是缺省的value，而现在把它修改了

operator[]第二个作用是对已经存在的值查找：

operator[]还可以修改:

4.7 multimap

Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对: typedef pair<const Key, T> value_type;
在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的

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原始发表：2024-11-28，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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