std::set与std::multiset使用总结

Set和Multiset

　　Set和Multiset都会根据特定的排序准则，自动将元素排序，两者不同在于multiset允许元素重复，而set不允许元素重复。

　　Set和Multiset的使用均需要包含头文件

	#include

　　在这个头文件中，上述两个类型都被定义为std命名空间中的class template：

template<
    typename Key,
    typename Compare = std::less<Key>,
    typename Allocator = std::allocator<Key>
> class set;

template<
    typename Key,
    typename Compare = std::less<Key>,
    typename Allocator = std::allocator<Key>
> class multiset;

　　必须是能够比较的对象，才能作为set或者multiset的元素（即所谓的comparable）。排序准则默认为less——这是个函数对象，以operator<对元素进行比较。第三个参数指定内存模型，默认是allocator，由C++标准库提供。
注意——
　　所谓的“排序准则”，必须定义strick weak ordering，其定义如下：
1. 必须是非对称的（anisymmertric）
　　对operator< 而言，如果x < y为true，那么y < x 必为false。
　　对判别式 op()而言，如果op(x,y)为ture，那么op(y,x)必须为false。
2. 必须是可传递的（transitive）
　　即，如果x 3. 必须是非自反的（irreflexive）
　　即，x < x永远为false
4. 必须具有等效传递性（transitivity of equivalence）
　　即，如果a等于b且b等于c，那么a必然等于c。

　　规则1~4的目的是保证set和multiset元素能够区分less和equal的关系，即<和=的关系。而区分两者的关系则是为了辨别元素是否重复——如果两个元素x和y，x 　　Multiset的想等元素排序是稳定排序，因此C++11保证插入和删除的相对位置的稳定性。

Set和Multiset的能力

　　与所有的关联式容器类似，set和multiset通常以平衡二叉树完成——通常是红黑树，红黑树在改变元素数量和元素搜索方面具有出色的性能，它保证节点安插最多做两个重新链接的动作，而到达某一元素的最长路径的深度，最多是最短路径深度的两倍。
　　set和multiset具有自动排序的功能，自动排序使得平衡二叉树在查找元素时具有卓越的效率。但同时也带来一种限制——set和multiset无法直接改变元素的值，因为这样会打乱原本的顺序。
　　set和multiset本身并不提供任何操作函数可以直接访问元素，从迭代器的角度而言，元素的值是常量。因此，要改变元素的值，只能删除再插入。
　　

Set和Multiset的操作函数

创建、复制和析构函数

　　set的构造函数和析构函数，如下表所示——

序号	操作	效果
1	set c	Default构造函数，产生一个空set，没有任何元素
2	set c	建立一个空的set，并以op为排序规则
3	set c(c2) set c=c2	Copy构造函数，建立c2同型set并成为c2的一份副本，该复制是深度复制
4	set c(rv) set c=rv	Move构造函数，rv是一个set右值引用，那么这里的构造函数是一个Move构造函数，建立一个新的set，取右值内容（C++11新特性）
5	set c(beg,end)	建立一个set，并以迭代器所指向的区间[beg,end）作为元素值，该构造函数支持从其他容器类型接收元素
6	set c(beg,end,op)	建立一个set，并以迭代器所指向的区间[beg,end）作为元素值，同时以op作为排序准则
7	set c(initlist) set c=initlist	建立一个set，以初值列initlist元素为初值（C++11新特性）
8	c.~set()	销毁所有元素，释放内存

　　其中，上表中set的形式可以置换为以下任意一种——

序号	set	效果
1	set	使用默认排序准则，以Elem作为元素类型的set
2	set	使用op作为排序准则，以Elem作为元素类型的set
3	multiset	使用默认排序规则，以Elem作为元素类型的multiset
4	multiset	使用op作为排序准则，以Elem作为元素类型的multiset

#include
#include
using namespace std;
int main(){
	cout << "multiset:" << endl;
	multiset<string> ms{ "B","C","A","A","A" };
	for (auto&it : ms) {
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl << "set:" << endl;
	set<string> s{ "B","C","A","A" };
	for (auto&it : s) {
		cout << it << " ";
	}
	return 0;
}

　　上述代码中，使用range-based for循环对set/multiset的所有元素进行遍历，显然——
　　1.set/multiset具有自动排序功能；
　　2.set不允许重复元素，尽管使用初值列初始化有重复元素，但是即不生效，也不报错。

非更易型操作(Nonmodifying Operating)

　　Set也提供元素比较、查询大小等操作——

序号	操作	效果
1	c.empty()	容器为空返回true，不为空返回false，相当于size()==0
2	c.size()	返回当前元素的个数
3	c.max_size()	返回元素个数之最大可能量
4	c1==c2	对每个元素调用c1==c2，全部相等返回true
5	c1！=c2	只要有一个元素相等，返回true，相当于!(c1==c2)
6	c1>c2,c1>=c2,c1	同上，依次类推
7	c.key_comp()	返回比较准则
8	c.value_comp()	返回针对value的比较准则，但实际上，Set中并没有Key-Value之说，所以，此处的value比较准则与key比较准则相同（Map中是不同的）

　　set的元素比较只适用于类型相同的元素，这里的类型相同包括元素类型和排序准则，在set中，排序准则是作为类型看待的，因此不同排序类型的set无法比较，比如——

	std::set<float> c1;
	std::set<float,std::greater<float>> c2;
	if(c1==c2)// 编译错误
	{
		...
	}

特殊的查找函数

　　Set和Multiset在元素查找方面具有优化设计，因此提供了特殊的查找函数，

序号	set	效果
1	c.count(val)	返回元素为val的个数
2	c.find(val)	返回元素为val的第一个位置，注意这里返回的是一个迭代器
3	c.lower_bound(val)	返回val第一个可插入的位置，即第一个元素值<=val的位置
4	c.upper_bound(val)	返回val最后一个可插入的位置，即第一个元素值
5	c.equal_range(val)	返回val可以被插入的第一个位置和最后一个位置的范围

　　通过一个例子暂时其查找函数的能力——

	multiset<int> ms{ 1,1,1,2,2,2,3,3,4,5,6,7,8 };
	cout << "ms.count(1) = " << ms.count(1) << endl;
	multiset<int>::iterator it1 = ms.find(2);
	cout << "ms.find(2) :" << endl << *it1 << endl;
	pair<multiset<int>::iterator,multiset<int>::iterator> it2 = ms.equal_range(3);
	cout << "ms.equal_range(3) :" << endl << *it2.first << " " << *it2.second << endl;

　　其中，除了count是返回int型之外，其余的查找函数返回的都是set::iterator迭代器，其指向的位置是已构建的平衡二叉树的位置，而不是初始化时的位置。

赋值(Assignment)

　　Set只提供任何容器都提供的基本赋值操作：

序号	操作	效果
1	c = c2	将c2的全部元素赋值给c
2	c = rv	将rv右值语义所有元素以Move assign的方式赋值给c(C++11新特性)
3	c = initlist	将初值列所有元素赋值给c（C++11新特性）
4	c1.swap(c2) swap(c1,c2)	置换c1和c2的数据

迭代器函数(Iterator Function)

　Set和Multiset不提供元素访问，所以只能采用range-based for循环，迭代器的使用就尤为常见：

序号	操作	效果
1	c.begin()	返回一个bidirectional iterator指向第一个元素
2	c.end()	返回一个bidirectional iterator指向的之后一个元素
3	c.cbegin()	返回一个const bidirectional iterator指向的第一个元素（C++11新特性）
4	c.cend()	返回一个const bidirectional iterator指向的最后一个元素（C++11新特性）
5	c.rbegin()	返回一个反向迭代器（reverse iterator）指向的第一个元素
6	c.rend()	返回一个reverse iterator指向的最后一个元素
7	c.crbegin()	返回一个const reverse iterator指向的第一个元素（C++新特性）
8	c.crend()	返回一个const reverse iterator指向的最后一个元素（C++11新特性）

	
	multiset<string> ms{ "apple","xiaomi","huawei","vivo","oppo" };
	// 遍历set常用range-based for循环
	for (auto&elem : ms) {
		cout << elem << " ";
	}
	cout << endl;
	// 或者使用迭代器
	for (auto it = ms.cbegin(); it != ms.cend(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}

　　对Set和Multiset而言，这里的迭代器只能是双向迭代器，因此，对于那些只能够支持“随机访问迭代器”的STL算法（如random shuffling），Set和Multiset无福消受。
　　更重要的是，从迭代器的角度而言，Set和Multiset的元素都被视为常量，这是因为改变其元素值会打乱既有顺序，因此无法通过迭代器改变其元素值，也无法对Set和Multiset采用任何易更型算法，只能通过其提供的成员函数来改变其元素值。

插入和移除(Inserting and Removing)

　　Set的所有插入和移除操作如下表所示——。

序号	操作	效果
1	c.insert(val)	插入val元素，并返回新元素的位置，不论是否成功
2	c.insert(pos,val)	在iterator指向的pos位置的前方插入一个元素val的副本，并返回新元素的位置（pos只是一个提示，该提示恰当会加快查找过程）
3	c.insert(beg,end)	插入区间[beg,end)内所有元素的副本，无返回值
4	c.insert(initilist)	插入initilist的所有元素的副本，无返回值（C++11新特性）
5	c.emplace(args…)	插入一个以args为初值的元素，并返回新元素的位置，无论是否成功（C++11新特性）
6	c.emplace_hint(pos,args…)	插入一个以args为初值的元素，并返回新元素的位置，pos是个位置提示，如果恰当，将大大提高插入效率
7	c.erase(val)	移除与val相等的所有元素，返回被移除的个数
8	c.erase(pos)	移除迭代器iterator指向的元素，无返回值
9	c.erase(beg,end)	移除区间[beg,end)内的所有元素，无返回值
10	c.clear()	移除所有元素，并将容器清空

　　下面通过一段程序展示set插入和删除的若干能力——

	multiset<int> ms{ 1,2,3,4,5,6 };
	ms.insert({ 7,8,9,10 });
	for (auto it : ms) {
		cout << it << " ";
	}

　　初值列（initialization list） 是C++11的重要新特性，无论是初始化、赋值、插入，都变得十分简单。
　　注意，用以插入元素的函数insert和emplace，对于基本类型，两者没有太大区别，emplace不支持初值列，因此只能一个一个插入，而对于对象，insert是复制对象，调用的是复制构造函数，而emplace调用的是默认构造函数（或对应的自定义构造函数）。
　　此外，由于Set不允许元素重复，而Multiset可以，两者的insert函数有所不同——

	// Set提供如下接口
	pair<iterator,bool> insert(const value_type&val);
	iterator 			insert(const_iterator posHint,const value_type&val);
	template<typename args>
	pair<iterator,bool> emplace(args);
	template<typename args>
	iterator emplace_hint(const_iterator posHint,const value_type&val);
	// Multiset 提供如下接口
	iterator			insert(const value_type&val);
	iterator 			insert(const_iterator posHint,const value_type&val);
	template<typename args>
	iterator emplace(args);
	template<typename args>
	iterator emplace_hint(const_iterator posHint,const value_type&val);

　　两者区别在于，Set不支持重复元素，因此返回的是一个pair组织起来的两个值，其中pair.second表示是否插入成功，pair.first表示插入元素之后的位置（如果值相同，则返回相同元素的位置）。
　　同时，C++11保证，Multiset的insert、emplace和erase操作都会保证元素间的相对次序，插入元素都会被放到既有等值元素的末尾。

异常处理

　　Set和Multiset是以节点为基础的容器，如果节点构建失败，容器保持原样。此外，由于（元素）析构函数通常不抛出异常，因此移除元素不能失败。
　　对于单一元素的插入操作，能够保证其“要么成功，要么没有任何作用”的操作原则，但是对于多重元素的插入操作，必须保证其排序准则不抛出异常，才能保证其达到这一点。