STL总结之unordered_set/unordered_multiset

介绍

unordered_set 是一个封装哈希表的无序容器，其中每个元素仅可出现一次。
unordered_multiset 是一个封装哈希表的无序容器，其中每个元素可出现任意次。
unordered_set 和 unordered_multiset 均定义于头文件 中，各自声明如下：

template<
    class Key,
    class Hash = std::hash,
    class KeyEqual = std::equal_to,
    class Allocator = std::allocator
> class unordered_set;

template<
    class Key,
    class Hash = std::hash,
    class KeyEqual = std::equal_to,
    class Allocator = std::allocator
> class unordered_multiset;

到这里可能有一个问题：set 和 unordered_set / multiset 和 unordered_set 应该使用哪一种 (关联式容器和无序容器应该使用哪一种)？
考虑一个容器好坏，有一个标准是查看插入元素和查询元素的复杂度。
对于顺序容器，往往是插入复杂度高，查询复杂度低；又或者插入复杂度低，查询复杂度高，两者不能兼顾。
对于关联式容器，通过基于树结构，可以实现插入和查询都具有不太高的复杂度，而且其中元素是有序的。
对于无序容器，通过线性+链表，可以使得插入和查询复杂度更低，但是元素顺序会被打乱。

从上面的比较可以看出，在选择关联式容器和无序容器时，如果题目不涉及有序问题，应优先使用无序容器。

unordered_set 和 unordered_multiset 都是基于哈希表实现的，而且冲突策略采用的是链地址法。示意图如下：

如图所示，容器每一行都是一条链，在unordered_set 和 unordered_multiset 中称其为一个桶，所有冲突的元素放在同一个桶中。
我们知道哈希表实现中需要避免冲突，因为冲突过大会导致其退化为 线性表；同时如果最初分配空间过大，会造成极大的浪费。因此unordered_set 和 unordered_multiset 容器中桶的个数会根据元素个数动态变化。

初始化

unordered_set 和 unordered_multiset 基于哈希表实现，因此当创建一个容器时，需要指定 hash 函数 和 冲突查询时的 equal 函数。
对于基本数据类型，标准库提供了一个简单的 hash 和 equal 函数。但是对于复杂的数据类型，则需要我们自己指定。
指定 hash 和 equal 函数的方法如下：

• 以 类型参数 定义，需要定义一个 函数对象。

  struct MyHash { 
   	// 这里假定 T = pair
   	// 函数参数需要 const，函数本身也必须是 const
    	size_t operator()(const T& a) const
    	{
    		// hash()(num) 是标准库定义的用于获取基本数据类型的 hash 函数
    		return hash()(a.first) ^ hash()(a.second);
    	}
    };
  
    struct MyEqual {
      // 这里假定 T = pair
      // 函数参数需要 const，函数本身也必须是 const
    	bool operator()(const T& a,const T& b) const
    	{
    	   // equal_to()(num) 是标准库定义的用于判断基本数据类型是否相等的函数
    		return (equal_to()(a.first,b.first) && (equal_to()(a.second,b.second)));
    	}
    };
    
    unordered_set,MyHash,MyEqual> us;
  

以下构造函数都不涉及定义 hash 和 equal 函数，均采用默认的 hash 和 equal 函数。

• unordered_set us; / unordered_multiset ums;
  创建一个空的 unordered_set / unordered_multiset 容器。

  unordered_set us;
  

• unordered_set us(bucket_count); / unordered_multiset ums(bucket_count);
  创建一个空的 unordered_set / unordered_multiset 容器，且该容器至少含有 bucket_count个桶。

  unordered_set us(8);
  cout << us.bucket_count() << endl; // 输出结果为 11
  

• unordered_set us({num1,num2,……}) / unordered_multiset ums({num1,num2,……})
  创建一个以初值列元素为初值的 unordered_set / unordered_multiset 容器。

  unordered_set us({0,1,3,5});
  

• unordered_set us = {num1,num2,……} / unordered_multiset ums = {num1,num2,……}
  创建一个以初值列元素为初值的 unordered_set / unordered_multiset 容器。

  unordered_set us = {0,1,3,5};
  

修改

unordered_set / unordered_multiset 容器禁止修改元素内容。

查询

• empty()
  判断 unordered_set / unordered_multiset 容器是否为空。
• size()
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器中的元素个数。
• max_size()
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器大小的理论极限值，即当前内存情况下，允许创建 unordered_set / unordered_multiset 容器中元素个数的最大可能值。
• count(key)
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器中元素值为 key 的元素个数。
• find(key)
  判断 unordered_set / unordered_multiset 容器中是否存在元素值为 key 的元素，如果存在，则返回第一个符合条件的迭代器，否则返回 end()。

比较

仅提供两个重载运算符 == 和 != 用于 unordered_set / unordered_multiset 容器的比较。

增加

• insert(value)
  向 unordered_set / unordered_multiset 容器中插入一个元素 value。
  对于 unordered_set 容器，返回值类型为 pair::iterator,bool>。unordered_set::iterator 指向插入元素位置的迭代器，bool 表示插入是否成功。
  对于 unordered_multiset 容器，返回指向插入位置的迭代器。

  unordered_set us = {0,4,2};
  us.insert(3);
  

• insert(begin_iterator,end_iterator);
  向 unordered_set / unordered_multiset 容器中插入迭代器区间 [begin_iterator,end_iterator) 内的所有元素。
  对于 unordered_set 容器而言，可能存在元素插入失败。

  unordered_set us1 = {2,4,5};
  unordered_set us = {1,2,4};
  us.insert(us1.begin(),++us1.begin()); 
  // us 容器迭代元素依次为：5,4,2,1 
  

删除

• clear()
  清空 unordered_set / unordered_multiset 容器。
• erase(pos_iterator)
  移除 unordered_set / unordered_multiset 容器指定位置 pos_iterator 处元素。

  unordered_set us = {0,2,3,4};
  us.erase(us.begin()); 
  // us 容器迭代元素依次为：3,2,0 
  // 仅仅通过代码，是无法得知到底移除的是哪一个元素，因为容器内部元素是无序的。
  

• erase(begin_iterator,end_iterator)
  移除 unordered_set / unordered_multiset 容器指定迭代器区间 [begin_iterator,end_iterator) 内的所有元素。

  unordered_set us = {1,3,10,5,2,99,8};
  us.erase(us.begin(),++(++us.begin()));
  // us 容器迭代元素依次为：2,5,10,3,1
  

• erase(key)
  移除unordered_set / unordered_multiset 容器内元素值等于 key 的所有元素，返回移除元素数目。

其他操作

• equal_range(key)
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器中元素值等于 key 的迭代器区间。
  其返回值为 pair，iterator指向第一个元素值等于 key 的迭代器位置，第二个iterator 指向最后一个元素值等于 key 迭代器位置的下一个位置。
• bucket_count()
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器中桶的个数。
• bucket_size(index)
  返回 unordered_set / unordered_multiset 容器特定桶中元素数目。