std::map和std::multimap的使用总结
Map和Multimap
Map和Multimap（下文统称Map）将key/value作为元素进行管理，逻辑上是一种键值映射关系，即数据结构中哈希表。它们可以根据key的排序规则进行自动元素排序，Multimap允许元素重复，而Map不允许。
在使用Map和Multimap之前， 必须引入头文件map
#include
在其中，map和multimap在std中被定义为：
template<
template Key,
template T,
template Compare = std::less<Key>,
template Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, T> >
> class map;
template<
template Key,
template T,
template Compare = std::less<Key>,
template Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, T> >
> class multimap;
其中，第一个template，指定了key的类型，第二个template，指定了value的类型，key和value必须满足以下条件——
1. Key和value必须是可复制（copyable）的和可移动的（movable，移动语义）；
2. 对于指定的排序准则而言，key必须是可比较的（comparable）。
第三个template，用来指定排序准则。这点与Set相同，排序遵循strict weak ordering准则，如果没有指定，则默认为less<>排序准则。
第四个template则是指定内存模型，默认采用allocator，由C++标准库提供。
举个例子，我们使用multimap定义一个
multimap<int, string> mmp{
pair<int,string>(1,"jack"),
pair<int,string>(2,"jason"),
pair<int,string>(2,"joe"),
pair<int,string>(3,"stack"),
{5,"test" },{5,"test"},{5,"test"}
};
for (auto elem : mmp) {
cout << elem.first << " " << elem.second << endl;
}
multimap的初始化必须是成双成对，可以用std::pair，或者直接使用大括号。然后你会发现，multimap会根据key值自动进行排序。
Map和Multimap的能力
和所有的关联式容器一样，Map和Multimap的内部是以平衡二叉树来实现的，Map和Set具有很多相似之处，Map具有和Set几乎相同的能力和操作，不同的是，其内部管理的元素是pair
Map会根据元素的Key进行排序，如果已知元素的Key来查找元素，效率相当卓越。但如果根据value进行查找，效率将大打折扣。与Set相同，自动排序的规则，限制了其不能改变容器内的元素的Key（但是value可以）——
1. 修改元素的key，需要先移除，再插入；
2. 从迭代器的角度而言，Key是常量，无法通过迭代器修改Key；
3. value不作为排序准则，不会影响既定顺序，因此非常量value可以直接修改。
Map的操作函数
Map的操作函数满足通用STL容器标准，同时，Map也具有一定自己的特色——
创建、复制和销毁（Create、Copy and Destroy）
map的构造函数和析构函数，如下表所示——
| 序号 | 操作 | 效果 |
|---|---|---|
| 1 | map c | Default构造函数，产生一个空map，没有任何元素 |
| 2 | map c |
建立一个空的map，并以op为排序规则 |
| 3 | map c(c2) map c=c2 |
Copy构造函数，建立c2同型map并成为c2的一份副本，该复制是深度复制 |
| 4 | map c(rv) map c=rv |
Move构造函数，rv是一个map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map，取右值内容（C++11新特性） |
| 5 | map c(beg,end) | 建立一个map，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 | map c(beg,end,op) | 建立一个map，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 | map c(initlist) map c=initlist |
建立一个map，以初值列initlist元素为初值（C++11新特性） |
| 8 | c.~map() | 销毁所有元素，释放内存 |
其中，上表中map的形式可以置换为以下任意一种——
| 序号 | map | 效果 |
|---|---|---|
| 1 | map |
使用默认排序准则，以Key-Val作为元素类型的map |
| 2 | map |
使用op作为排序准则，以Key-Val作为元素类型的map |
| 3 | multimap |
使用默认排序规则，以Key-Val作为元素类型的multimap |
| 4 | multimap |
使用op作为排序准则，以Key-Val作为元素类型的multimap |
非更易型操作（Nonmodifying Operation）
Map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 |
map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Key类型，Value类型和排序准则，这3个类型只要有一个不相同，就无法进行比较，否则会编译错误，比如——
map<int, float> m1;
map<int, int> m2;
if (m1 == m2) {
}
特殊查找函数（Special Search Operation）
Map在元素查找方面与Set完全相同——
| 序号 | map | 效果 |
|---|---|---|
| 1 | c.count(val) | 返回Key为val的个数 |
| 2 | c.find(val) | 返回Key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Key为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Key为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Key为val可以被插入的第一个位置和最后一个位置的范围 |
值得一提的是，Map所有的查找函数都是基于Key的操作，如果想根据value进行操作，则会麻烦很多。比如使用find函数进行value的查找，只能进行遍历进行查找——
multimap<int, string> mmp{
pair<int,string>(1,"jack"),
pair<int,string>(2,"jason"),
pair<int,string>(2,"joe"),
pair<int,string>(3,"stack"),
{5,"test" },{5,"test"},{5,"jason"}
};
for (auto elem : mmp) {
if (elem.second == "jason") {
cout << "Key = " << elem.first << endl;
}
}
赋值（Assignment）
Map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 |
同样，赋值操作必须满足两端容器具有相同的类型，包括Key、Value和比较准则。
迭代器和元素访问（Iterator Function and Element Access）
Map和Multimap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，尤其注意的是，在使用迭代器的时候，Key是作为一种常量处理，因此，这意味着，无法通过迭代器更改Key，这也保证了排序的顺序：
| 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） |
插入和删除（Inserting and Removing）
Map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 |
注意，Map的所有插入操作都是基于pari的，即必须成双成对——
multimap<int, string> mmp{
pair<int,string>(1,"jack"),
pair<int,string>(2,"jason"),
pair<int,string>(2,"joe"),
pair<int,string>(3,"stack"),
{5,"test" },{5,"test"},{5,"jason"}
};
mmp.insert(pair<int,string>(10,"hello"));
for (multimap<int, string>::iterator it = mmp.begin(); it != mmp.end();it++) {
cout << it->first << "," << it->second << endl;
}
异常处理
就异常处理而言，Map具有Set完全相同的规则，即对于单一元素的操作，遵循“要么成功，要么没有任何作用”的原则，对于多元素插入操作，在保证排序准则不抛出异常的情况下，同样遵循这一点。
总结
作为关联容器，Map具有Set几乎完全相同的接口和函数名，甚至使用场景和方式都一模一样。最大的不同是Map是一种key-value关系，而Set只是一种value集合，从这种角度来看，Set可以看做是Map中key=value的特殊情况。
Map的使用场景比Set更广泛，map可以作为一种索引而使用，multiset作为数据字典而使用，两者都是为了提高查询效率而存在，毕竟关联容器内部都是以平衡二叉树实现，先天决定了其独一无二的高效查询特性。