中国大学MOOC程序设计与算法（三）：C++ 面向对象程序设计 第九周 标准模板库STL(二) 笔记 之 map和multimap

第九周 标准模板库STL(二)
1.set和multiset
2.map和multimap
3.容器适配器
4.算法(一)
5.算法(二)

2.map和multimap

map与set的不同在于map中存放的元素有且仅有两个成员变量，一个名为first,另一个名为second, map根据first值对元素进行从小到大排序，并可快速地根据first来检索元素。
map同multimap的不同在于是否允许相同first值的元素。

预备知识： pair 模板

template<class _T1, class _T2>
struct pair
{
	typedef _T1 first_type;
	typedef _T2 second_type;
	_T1 first;
	_T2 second;
	pair(): first(), second() { }//无参构造函数
	pair(const _T1& __a, const _T2& __b): first(__a), second(__b) { }
	template<class _U1, class _U2>
	pair(const pair<_U1, _U2>& __p): first(__p.first), second(__p.second) { }
};

map/multimap容器里放着的都是pair模版类实例化出来的对象，且按first从小到大排序。
第三个构造函数用法示例：

pair<int,int>
p(pair<double,double>(5.5,4.6));//调用了成员函数模板构造函数， p.first = 5, p.second = 4

multimap

template<class Key, class T, class Pred = less<Key>, class A = allocator<T> >
class multimap {
	….
	typedef pair<const Key, T> value_type;
	…….
}; 

Key 代表关键字的类型
multimap中的元素由 <关键字,值>组成，每个元素是一个pair对象，关键字就是first成员变量,其类型是Key。
multimap中允许多个元素的关键字相同。元素按照first成员变量从小到大排列，缺省情况下用 less 定义关键字的“小于”关系。

multimap示例

#include 
#include 
using namespace std;
int main() {
	typedef multimap<int,double,less<int> > mmid;
	mmid pairs;
	cout << "1) " << pairs.count(15) << endl;
	pairs.insert(mmid::value_type(15,2.7));//typedef pair value_type;
	pairs.insert(mmid::value_type(15,99.3));
	cout << “2) ” << pairs.count(15) << endl; //求关键字等于某值的元素个数
	pairs.insert(mmid::value_type(30,111.11));
	pairs.insert(mmid::value_type(10,22.22));
	pairs.insert(mmid::value_type(25,33.333));
	pairs.insert(mmid::value_type(20,9.3));
	for( mmid::const_iterator i = pairs.begin();i != pairs.end() ;i ++ )
		cout << "(" << i->first << "," << i->second << ")" << ",";
	
	return 0;
}
输出：
1) 0
2) 2
(10,22.22),(15,2.7),(15,99.3),(20,9.3),(25,33.333),(30,111.11)

multimap例题:
一个学生成绩录入和查询系统，接受以下两种输入:
Add name id score
Query score
name是个字符串，中间没有空格，代表学生姓名。id是个整数，代表学号。score是个整数，表示分数。学号不会重复，分数和姓名都可能重复。
两种输入交替出现。第一种输入表示要添加一个学生的信息，碰到这种输入，就记下学生的姓名、id和分数。第二种输入表示要查询，碰到这种输入，就输出已有记录中分数比score低的最高分获得者的姓名、学号和分数。如果有多个学生都满足条件，就输出学号最大的那个学生的信息。如果找不到满足条件的学生，则输出“Nobody”。
输入样例：
Add Jack 12 78
Query 78
Query 81
Add Percy 9 81
Add Marry 8 81
Query 82
Add Tom 11 79
Query 80
Query 81
输出果样例：
Nobody
Jack 12 78
Percy 9 81
Tom 11 79
Tom 11 79

程序：

#include 
#include  //使用multimap需要包含此头文件
#include 
using namespace std;
class CStudent
{
	public:
		struct CInfo { //类的内部还可以定义类
			int id;
			string name;
		};
		int score;
		CInfo info; //学生的其他信息
};
typedef multimap<int, CStudent::CInfo> MAP_STD;
int main() {
	MAP_STD mp;
	CStudent st;
	string cmd;
	while( cin >> cmd ) {
		if( cmd == "Add") {
			cin >> st.info.name >> st.info.id >> st.score ; //注意这里cin的输入方法，在遇到回车之前可以这么连续地赋值
			mp.insert(MAP_STD::value_type(st.score,st.info ));//MAP_STD::value_type(st.score,st.info )生成一个临时的自定义pair模板类的对象
		}
		else if( cmd == "Query" ){
			int score;
			cin >> score;
			MAP_STD::iterator p = mp.lower_bound (score);//查找一个最大的位置 it,使得[begin(),it) 中所有元素的first都比 score小
			if( p!= mp.begin()) {
				--p;//查到之后，p的前一个学生才是符合条件的，因为返回的查找区间结果是左闭右开
				//如果这个分数有多个人，就找学号最大的学生
				score = p->first; //比要查询分数低的最高分
				MAP_STD::iterator maxp = p;
				int maxId = p->second.id;//成绩为score且学号最大的学生的下标
				for( ; p != mp.begin() && p->first ==score; --p) {//遍历所有成绩和score相等的学生
					if( p->second.id > maxId ) {
						maxp = p;
						maxId = p->second.id ;
					}
				}
				if( p->first == score) {//如果上面循环是因为 p == mp.begin()而终止，则p指向的元素还要处理
					if( p->second.id > maxId ) {
						maxp = p;
						maxId = p->second.id ;
					}
				}
				cout << maxp->second.name << " “ << maxp->second.id << " " << maxp->first << endl;
			}
			else
				cout << "Nobody" << endl;//lower_bound的结果是 begin说明没人分数比查询分数低
		}
	}
	return 0;
}

总结：multimap特别适合需要不断更新数据且不断查询的情况。添加和查询的时间复杂度都是O(n)。

mp.insert(MAP_STD::value_type(st.score,st.info ));
//mp.insert(make_pair(st.score,st.info )); 也可以，make_pair是STL中的一个函数模板，返回一个pair对象

map

template<class Key, class T, class Pred = less<Key>,class A = allocator<T> >
class map {
	….
	typedef pair<const Key, T> value_type;
	…….
};

map 中的元素都是pair模板类对象。关键字(first成员变量)各不相同。元素按照关键字从小到大排列，缺省情况下用 less,即“<” 定义“小于”。

map的[ ]成员函数
这是map和multimap一个重要不同点
若pairs为map模版类的对象，pairs[key]返回对关键字等于key的元素的值(second成员变量）的引用。若没有关键字为key的元素，则会往pairs里插入一个关键字为key的元素，其值用无参构造函数初始化，并返回其值的引用。
如：
map pairs;
则
pairs[50] = 5; 会修改pairs中关键字为50的元素，使其值变成5。若不存在关键字等于50的元素，则插入此元素，并使其值变为5。

map示例

#include 
#include 
using namespace std;
template <class Key,class Value>
ostream & operator <<( ostream & o, const pair<Key,Value> & p)//重载<<运算符，方便将pair直接输出
{
	o << "(" << p.first << "," << p.second << ")";
	return o;
}
int main() {
	typedef map<int, double,less<int> > mmid;//注意< <这里有个空格，防止编译器认为是右移运算符<<
	mmid pairs;
	cout << "1) " << pairs.count(15) << endl;
	pairs.insert(mmid::value_type(15,2.7));
	pairs.insert(make_pair(15,99.3)); //make_pair生成一个pair对象，重复了的话就会插入失败
	cout << "2) " << pairs.count(15) << endl;
	pairs.insert(mmid::value_type(20,9.3));
	mmid::iterator i;
	cout << "3) ";
	for( i = pairs.begin(); i != pairs.end();i ++ )
		cout << * i << ",";//这里编译器看到*i是一个pair对象，就会使用重载之后的右移运算符直接打印pair对象
	cout << endl;
	cout << "4) ";
	int n = pairs[40];//如果没有关键字为40的元素，则插入一个
	for( i = pairs.begin(); i != pairs.end();i ++ )
		cout << * i << ",";
	cout << endl;
	cout << "5) ";
	pairs[15] = 6.28; //把关键字为15的元素值改成6.28
	for( i = pairs.begin(); i != pairs.end();i ++ )
		cout << * i << ",";
	return 0;
}
输出：
1) 0
2) 1
3) (15,2.7),(20,9.3),
4) (15,2.7),(20,9.3),(40,0),
5) (15,6.28),(20,9.3),(40,0),