SGISTL源码探究-关联式容器:map

前言

在本小节中,我们将分析map容器,它与set最大的不同就是,它是key-value型的,而set的key和value是同一个。map和set底层都由红黑树实现,map上存储的都是pair,即键值对,存储到红黑树中时,排序依据的就是pair的第一个元素。
之前提到在set中,不允许更改元素的值,而在map中,key值同样不允许修改,但是value可以修改,因为value不涉及到map整体内部结构的改变。
接下来,我们进入到map的源码中。

map的实现

定义部分

#ifndef __STL_LIMITED_DEFAULT_TEMPLATES
template <class Key, class T, class Compare = less, class Alloc = alloc>
#else
template <class Key, class T, class Compare, class Alloc = alloc>
#endif
class map {
public:

// typedefs:

  /* 一些类型的声明
   * 可以看到value_type是pair
   * 注意是const key,不可修改
   */
  typedef Key key_type;
  typedef T data_type;
  typedef T mapped_type;
  typedef pair<const Key, T> value_type;
  typedef Compare key_compare;

  //仿函数,它的作用是调用元素比较大小标准函数
  class value_compare
    : public binary_functionbool> {
  friend class map;
  protected :
    Compare comp;
    value_compare(Compare c) : comp(c) {}
  public:
    bool operator()(const value_type& x, const value_type& y) const {
      return comp(x.first, y.first);
    }
  };

private:
  //定义红黑树的别名并定义其成员
  typedef rb_tree, key_compare, Alloc> rep_type;
  rep_type t;  // red-black tree representing map
public:
  //一些别名
  typedef typename rep_type::pointer pointer;
  typedef typename rep_type::const_pointer const_pointer;
  typedef typename rep_type::reference reference;
  typedef typename rep_type::const_reference const_reference;
  typedef typename rep_type::iterator iterator;
  typedef typename rep_type::const_iterator const_iterator;
  typedef typename rep_type::reverse_iterator reverse_iterator;
  typedef typename rep_type::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
  typedef typename rep_type::size_type size_type;
  typedef typename rep_type::difference_type difference_type;

构造函数

  // allocation/deallocation

  //设置默认的或者自己传入的大小比较标准
  map() : t(Compare()) {}
  explicit map(const Compare& comp) : t(comp) {}

  /* 范围构造时,调用insert_unique
   * 下面根据条件编译区分不同的情况,有很多的重载版本
   */
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  map(InputIterator first, InputIterator last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }

  template <class InputIterator>
  map(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }
#else
  map(const value_type* first, const value_type* last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }
  map(const value_type* first, const value_type* last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }

  map(const_iterator first, const_iterator last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }
  map(const_iterator first, const_iterator last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

  /* 拷贝构造函数
   * 直接对红黑树进行复制就行了
   */
  map(const map& x) : t(x.t) {}
  map& operator=(const map& x)
  {
    t = x.t;
    return *this;
  }

一些常用的成员函数

  //基本上都是调用红黑树提供的接口
  // accessors:

  key_compare key_comp() const { return t.key_comp(); }
  value_compare value_comp() const { return value_compare(t.key_comp()); }
  iterator begin() { return t.begin(); }
  const_iterator begin() const { return t.begin(); }
  iterator end() { return t.end(); }
  const_iterator end() const { return t.end(); }
  reverse_iterator rbegin() { return t.rbegin(); }
  const_reverse_iterator rbegin() const { return t.rbegin(); }
  reverse_iterator rend() { return t.rend(); }
  const_reverse_iterator rend() const { return t.rend(); }
  bool empty() const { return t.empty(); }
  size_type size() const { return t.size(); }
  size_type max_size() const { return t.max_size(); }
  /* 重载[]操作符,这是set中没有的
   * *((insert(value_type(k, T()))).first).second 这个表达式有点复杂,传入值是key
   * insert的返回值是pair,pair的第一个元素代表指向插入元素的迭代器,而第二元素代表插入是否成功
   * 那我们来分析这个表达式,insert调用之后访问返回值的第一个元素,即指向插入元素的迭代器,并使用*取值
   * 此时就获取到了存着key-value的pair,然后访问其第二个成员(second),返回传入的key对应的value。
   */
  T& operator[](const key_type& k) {
    return (*((insert(value_type(k, T()))).first)).second;
  }
  void swap(map& x) { t.swap(x.t); }

  // insert/erase

  pairbool> insert(const value_type& x) { return t.insert_unique(x); }
  iterator insert(iterator position, const value_type& x) {
    return t.insert_unique(position, x);
  }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  void insert(InputIterator first, InputIterator last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
#else
  void insert(const value_type* first, const value_type* last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
  void insert(const_iterator first, const_iterator last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

  void erase(iterator position) { t.erase(position); }
  size_type erase(const key_type& x) { return t.erase(x); }
  void erase(iterator first, iterator last) { t.erase(first, last); }
  void clear() { t.clear(); }

  // map operations:

  iterator find(const key_type& x) { return t.find(x); }
  const_iterator find(const key_type& x) const { return t.find(x); }
  size_type count(const key_type& x) const { return t.count(x); }
  iterator lower_bound(const key_type& x) {return t.lower_bound(x); }
  const_iterator lower_bound(const key_type& x) const {
    return t.lower_bound(x);
  }
  iterator upper_bound(const key_type& x) {return t.upper_bound(x); }
  const_iterator upper_bound(const key_type& x) const {
    return t.upper_bound(x);
  }
  //注意返回的是pair
  pair equal_range(const key_type& x) {
    return t.equal_range(x);
  }
  pair equal_range(const key_type& x) const {
    return t.equal_range(x);
  }
  friend bool operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const map&, const map&);
  friend bool operator< __STL_NULL_TMPL_ARGS (const map&, const map&);
};

template <class Key, class T, class Compare, class Alloc>
inline bool operator==(const map& x,
                       const map& y) {
  return x.t == y.t;
}

template <class Key, class T, class Compare, class Alloc>
inline bool operator<(const map& x,
                      const map& y) {
  return x.t < y.t;
}

#ifdef __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER

template <class Key, class T, class Compare, class Alloc>
inline void swap(map& x,
                 map& y) {
  x.swap(y);
}

#endif /* __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER */

例子

#include 
#include 
using namespace std;
int main()
{
    map<int, string> m;
    pair<int, string> val(2, "234");
  //自己创建pair,调用insert插入
    m.insert(make_pair(1, "23"));
    m.insert(val);
  /* 使用下标操作符插入
   * 其内部也是调用insert,m[key]返回的是key对应的value,返回的是引用
   */
    m[3] = "sdasd";
    m[5] = "qeqwas";

    map<int, string>::iterator ite1 = m.begin();
    map<int, string>::iterator ite2 = m.end();
    //遍历,注意迭代器指向的是pair,要访问key或者value不能直接取值
    while(ite1 != ite2)
    {
        cout << "key: " << ite1->first << "  value: " << ite1->second << endl;
        ite1++;
    }
    /* 最好使用map自带的find函数,因为底层是红黑树实现的,查找操作很快
     * 而算法中的find函数,后面我们会见识到
     * 不太适合这种关联式容器
     */
    ite1 = m.find(4);
    if(ite1 == m.end())
    {
        cout << "not found" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "i found it, the value is:" << ite1->second << endl;
    }

    return 0;

}

小结

本小节中我们讨论了map容器的实现,它和set最大的不同就是它存储的单位是pair,是key-value型的,并且支持下标运算。
除了set、map,还有它们的一个变种,即允许重复的元素插入,分别是multiset和multimap,接下来我们分别展示它们。