map和set的使用和原理

我们学习过顺序容器如vecor，list等，它们中的元素是按照在容器中的位置来顺序保存和访问的。而接下来要学习的关联容器则有根本的不同，它们中的元素是按关键字来保存和访问的。
在《C++Primer》中列举了标准库中的8个关联容器，如下：

关联容器支持高效的关键字查找和访问，我们在这里介绍两个主要的关联容器set和map。

map

map里面存的是一些key-value对，其中key起到索引的作用， 而value则表示于索引相关联的数据。
比如字典就是一个很好使用map的例子，把单词当作key，解释当作value。其实map类型也常称做关联数组，它和一般的数组类似，可以认为它key就是数组的下标（只不过不必是整数），value则是数组存的值，还是上面的字典例子，比如有某个单词为right，它的其中一个解释为右边的，我们就可以使用类似数组的方式a[“right”]访问到“右边的”这个解释。

set

set里面每个元素只存有一个key，它支持高效的关键字查询操作，比如检查一个关键字是否在set中或者在
某些文本处理过程中可用set保存想要忽略的单词

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在学习这两种关联容器之前，我们可以先看一两个如何使用这类容器的例子。

假设一个字符串数组，里面的每个字符串都是水果，比如苹果，梨子等，现在要统计每种水果出现的次数。

string fruit[] =
{
    "apple", "pear", "watermelon", "peach", "banana",
    "apple", "pear", "watermelon", "peach",
    "apple", "pear", "watermelon",
    "apple", "pear",
    "apple",
};

size_t n = sizeof(fruit) / sizeof(fruit[0]);
map<string, size_t> countFruit;//定义map用来存取每种水果和它的次数
for (size_t i = 0; i < n; ++i)//增加每种水果的次数
{
    ++countFruit[fruit[i]];
}
for (const auto& element : countFruit)//打印每种水果以及它的次数
{
    cout << element.first << " : " << element.second << endl;
}

对于上面的程序，首先定义了一个map来存取每种水果和它的次数，map也是模板，我们必须指定key和value，在这个程序中，key为string表示水果，value为size_t表示次数。

此时map里面的每个元素都是一个pair类型的对象，简单来说pair是个模版类型，保存两个public成员first和second分别对应key和value。

在上面我们说过，可以通过a[key]访问到value，因此在本例中，我们类似的也用countFruit[fruit[i]]访问到次数，但是需要注意的一点是，如果当前fruit[i]还不在map中，则创建新元素，且它的key为fruit[i],value为0。不管元素是否是新创建的，我们都将value加1。

最后的打印操作，我们使用了范围for语句，访问到map的每个元素（pair类型），然后打印他们的key和value。结果如下图：

上一个例子我们进行一个简单的扩展，比如可能某种水果太贵了比如pear，watermelon等等，我们忽视这些输入，我们则可以用set保存要想要忽略的单词，只对不在set集合的单词统计次数。

map<string, size_t> countFruit;//定义map用来存取每种水果的次数
set<string> exclude = {"watermelon", "banana"};
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
    if (exclude.find(fruit[i]) == exclude.end())
        ++countFruit[fruit[i]];
}

我们定义了一个set用来保存需要忽略的元素，类似的set也是一个模板，我们需要传入一个key类型。这个程序仅仅是多加了一句if，我们来看看是怎么回事。我们调用它的find函数，它返回一个迭代器，如果给定key在set中，则迭代器指向该key，不然返回尾后迭代器以表示没找到。这里面我们就完成了仅当每种水果不在忽略集合中再统计它的次数。结果如下图：

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看完了上面的例子，我们对map和set有了一个大致的了解，下面我们仅对一些常用操作进行介绍，其余的可以参考C++文档查询map和set完整详细用法。

在上面，我们对map和set进行了一个说明，map是以key-value的形式存取，set以key形式存取，他们的底层都是以红黑树的结构实现，因此插入删除等操作都在O(logn)时间内完成，因此可以完成高效的插入删除。

由于是他们的底层是红黑树，因此在插入时候他们会默认执行排序操作，且他们key都是唯一的，因此从这个角度看，他们在某种程度上可以实现过滤重复值和排序（默认升序）的功能。

在上面的统计水果次数例子中，对于重复水果，key = “apple”时对关键字没有任何影响，但是可以改变value的值，这样才实现了统计重复值的次数这一操作。另外注意我们用范围for对map打印结果依次是

这是按照字符ascii码的顺序升序得到的，因此有时候也可以让map/set排序。

但是，如果想要改变默认次序，我们可以对map/set的构造函数传入一个函数对象进行降序，下面我们来看看它的一些构造函数和拷贝构造函数。

bool fncomp (char lhs, char rhs) {return lhsstruct classcomp 
{
  bool operator() (const char& lhs, const char& rhs) const
  {return lhsint main ()
{
    map<char, int> first;//默认升序 以key abcd 的顺序存储
    first['a'] = 10;
    first['b'] = 30;
    first['d'] = 50;
    first['c'] = 70;
    //注意：map的下标操作，其行为与vector很不相同：使用一个不在容器中关键字作为下标，会添加一个具有此关键字的元素到map中。一般使用find函数代替下标操作。
    map<char, int> second(first.begin(), first.end());

    map<char, int> third(second);

    map<char, int, classcomp> fourth; // 降序 以key dcba的顺序存储
    fourth['a'] = 10;
    fourth['b'] = 30;
    fourth['d'] = 50;
    fourth['c'] = 70;

    bool(*fn_pt)(char, char) = fncomp;
    map<char, int, bool(*)(char, char)> fifth(fn_pt); // function pointer as Compare
}

了解map构造，我们来看下最常用的insert和find操作， 在之前的统计水果次数题，我们插入元素使用[]操作，现在我们换种做法：

void CountFruitTimes(map<string, size_t>& countFruit, string fruit[], size_t n)
{
    for (size_t i = 0; i < n; ++i)
    {
        //auto ret = = countFruit.insert(make_pair(fruit[i], 1));
        pair<map<string, size_t>::iterator, bool> ret = countFruit.insert(make_pair(fruit[i], 1));
        if (!ret.second)
        {
            ret.first->second++;
        }
        //countFruit[fruit[i]]++;
    }
}

我们写了个函数完成统计次数的功能，注意到insert返回的是pair类型，它的first为一个迭代器，second为bool类型，如果bool为true说明插入成功，此时它的key为fruit[i]，value为1。如果bool为false说明插入失败，说明该元素已经存在，但是我们可以通过insert返回值ret得到指向该元素的迭代器。

记得之前我们讲过map里面每个元素都是一个pair类型，在上面的例子中第一个为string，第二个是size_t，因此ret.first为迭代器访问到size_t成员并对次数加1。

这样就完成了统计次数的操作。