c++ primer读书笔记-第十章 关联容器

c++ primer读书笔记-第十章 关联容器

关联容器和顺序容器的本质差别在于：关联容器通过键（key）存储和读取元素，而顺序容器则通过元素在容器中的位置顺序存储和访问元素。
关联容器（Associative containers）支持通过键来高效地查找和读取元素。两个基本的关联容器类型是 map 和 set。map 的元素以键－值（key-value）对的形式组织：键用作元素在 map中的索引，而值则表示所存储和读取的数据。set 仅包含一个键，并有效地支持关于某个键是否存在的查询。
map和set的例子：在做某种文本处理时，可使用 set 保存要忽略的单词。而字典则是 map 的一种很好的应用：单词本身是键，而它的解释说明则是值。

引言：pair 类型

开始介绍关联容器之前，必须先了解一种与之相关的简单的标准库类型——pair
pairs 类型提供的操作

pair 类型的使用相当繁琐，可考虑利用 typedef 简化其声明：

typedef pair Author; 
     Author proust("Marcel", "Proust"); 
     Author joyce("James", "Joyce"); 

pairs 对象的操作

其成员都是仅有的，分别命名为 first 和second。只需使用普通的点操作符——成员访问标志即可访问其成员：

string firstBook; 
     // access and test the data members of the pair 
     if (author.first == "James" && author.second == "Joyce") 
         firstBook = "Stephen Hero";

生成新的 pair 对象

标准库还定义了一个 make_pair 函数，由传递给它的两个实参生成一个新的 pair 对象。

pair next_auth; 
     string first, last; 
     while (cin >> first >> last) { 
         // generate a pair from first and last 
         next_auth = make_pair(first, last); 
         // process next_auth... 
     }

由于 pair 的数据成员是公有的，因而可如下直接地读取输入：

while (cin >> next_auth.first >> next_auth.second) { 
         // process next_auth... 
     }

关联容器

关联容器共享大部分——但并非全部——的顺序容器操作。关联容器不提供front、 push_front、 pop_front、back、push_back 以及 pop_back 操作。
关联容器构造函数:

    C c;          // creates an empty container 
     // c2 must be same type as c1 
     C c1(c2);    // copies elements from c2 into c1 
     // b and e are iterators denoting a sequence 
     C c(b, e);   // copies elements from the sequence into c

关联容器不能通过容器大小来定义，因为这样的话就无法知道键所对应的值是什么。

根据键排列元素

容器元素根据键的次序排列:在迭代遍历关联容器时，我们可确保按键的顺序的访问元素，而与元素在容器中的存放位置完全无关。

map 类型

要使用 map 对象，则必须包含 map 头文件。在定义 map 对象时，必须分别指明键和值的类型（value type）

map word_count; // empty map from string to int

map 的构造函数

键类型的约束

在使用关联容器时，它的键不但有一个类型，而且还有一个相关的比较函数。默认情况下(允许自定义)，标准库使用键类型定义的 < 操作符来实现键（key type）的比较。
对于键类型，唯一的约束就是必须支持 < 操作符，至于是否支持其他的关系或相等运算，则不作要求。

map 定义的类型

需谨记 value_type 是 pair 类型，它的值成员可以修改，但键成员不能修改。

map迭代器进行解引用将产生 pair 类型的对象

对迭代器进行解引用时，将获得一个引用，指向容器中一个 value_type 类型的值。对于 map 容器，其 value_type 是 pair 类型：

map::iterator map_it = word_count.begin(); 
// *map_it is a reference to a pairobject 
     cout << map_it->first;                  // prints the key  for this element 
     cout << " " << map_it->second;          // prints the valu e of the element 
     map_it->first = "new key";              // error: key is const 
     ++map_it->second;     // ok: we can change value through a n iterator

对迭代器进行解引用将获得一个 pair 对象，它的 first成员存放键，为 const，而 second 成员则存放值。

给 map 添加元素

该项工作可使用 insert 成员实现；或者，先用下标操作符获取元素(即键值)，然后给获取的元素赋值。

使用下标访问 map 对象

map  word_count; // empty map 

     // insert default initialzed element with key Anna; then assign 1 
to its value 
     word_count["Anna"] = 1;

将发生以下事情：
1. 在 word_count 中查找键为 Anna 的元素，没有找到。
2. 将一个新的键－值对插入到 word_count 中。它的键是 const string 类型
的对象，保存 Anna。而它的值则采用值初始化，这就意味着在本例值为 0。
3. 将这个新的键－值对插入到 word_count 中。
4. 读取新插入的元素，并将它的值赋为 1。

使用下标访问 map 与使用下标访问数组或 vector 的行为截然不同：用下标访问不存在的元素将导致在 map容器中添加一个新元素，它的键即为该下标值。如果该键已在容器中，则 map 的下标运算与 vector 的下标运算行为相同：返回该键所关联的值。只有在所查找的键不存在时，map 容器才为该键创建一个新的元素，并将它插入到此 map 对象中。
显然，map 迭代器返回 value_type 类型的值——包含 const key_type 和 mapped_type 类型成员的 pair 对象；下标操作符则返回一个mapped_type 类型的值。

下标行为的编程意义

对于 map 容器，如果下标所表示的键在容器中不存在，则添加新元素，这一特性可使程序惊人地简练:

// count number of times each word occurs in the input 
 map word_count; // empty map from string to int 
 string word; 
 while (cin >> word) 
   ++word_count[word];

这段程序创建一个 map 对象，用来记录每个单词出现的次数。

map::insert 的使用

以 insert 代替下标运算

而插入元素的
另一个方法是：直接使用 insert 成员，其语法更紧凑：

// if Anna not already in word_count, inserts new element  with value 1 
     word_count.insert(map::value_type("Anna", 1));

这个 insert 函数版本的实参：
map

查找并读取 map 中的元素

下标操作符给出了读取一个值的最简单方法：

map word_count; 
 int occurs = word_count["foobar"];

如果该键不在 map 容器中，那么下标操作会插入一个具有该键的新元素,其关联的值为 0。
map 容器提供了两个操作：count 和 find，用于检查某个键是否存在而不会插入该键。

对于 map 对象，count 成员的返回值只能是 0 或 1。map 容器只允许一个
键对应一个实例，所以 count 可有效地表明一个键是否存在。

int occurs = 0; 
     if (word_count.count("foobar")) 
         occurs = word_count["foobar"]; 

执行 count 后再使用下标操作符，实际上是对元素作了两次查找。如果希望当元素存在时就使用它，则应该用 find 操作。

find 操作返回指向元素的迭代器，如果元素不存在，则返回 end 迭代器：

int occurs = 0; 
 map::iterator it = word_count.find("foobar"); 
 if (it != word_count.end()) 
     occurs = it->second;

从 map 对象中删除元素

从 map 容器中删除元素的 erase 操作有三种变化形式（表 10.7）。与顺序容器一样，可向 erase传递一个或一对迭代器，来删除单个元素或一段范围内的元素。其删除功能类似于顺序容器，但有一点不同：map 容器的 erase 操作返回 void，而顺序容器的 erase 操作则返回一个迭代器，指向被删除元素后面的元素。
除此之外，map 类型还提供了一种额外的 erase 操作，其参数是 key_type类型的值，如果拥有该键的元素存在，则删除该元素。erase 函数返回被删除元素的个数。对于 map 容器，该值必然是 0 或 1。如果返回 0，则表示欲删除的元素在 map 不存在。

map 对象的迭代遍历

与其他容器一样，map 同样提供 begin 和 end 运算，以生成用于遍历整个容器的迭代器。

        map::const_iterator map_it = word_count.begin();
        while (map_it != word_count.end()) { 
         cout << map_it->first << " occurs " 
              << map_it->second << " times" << endl; 
         ++map_it;  
 } 

set 类型

set 容器只是单纯的键的集合。
除了两种例外情况，set 容器支持大部分的 map 操作，包括下面几种：
• 第 10.2 节列出的所有通用的容器操作。
• 表 10.3 描述的构造函数。
• 表 10.5 描述的 insert 操作。
• 表 10.6 描述的 count 和 find 操作。
• 表 10.7 描述的 erase 操作。
set 不支持下标操作符，而且没有定义 mapped_type 类型。在 set 容器中，value_type 不是 pair 类型，而是与 key_type 相同的类型。它们指的都是 set 中存储的元素类型。

set 容器的定义和使用

vector ivec;
set iset(ivec.begin(), ivec.end());

在 set 中添加元素

可使用 insert 操作在 set 中添加元素：

set set1;         // empty set 
 set1.insert("the");       // set1 now has one element

另一种用法是，调用 insert 函数时，提供一对迭代器实参，插入其标记范
围内所有的元素。

set2.insert(ivec.begin(), ivec.end());     // set2 has 10 elements

从 set 中获取元素

set 容器不提供下标操作符。为了通过键从 set 中获取元素，可使用 find 运算。 如果只需简单地判断某个元素是否存在，同样可以使用 count 运算，返回 set 中该键对应的元素个数(0或1)。

iset.find(1)     // returns iterator that refers to the el ement with key == 1 

正如不能修改 map 中元素的键部分一样，set 中的键也为 const。在获得
指向 set 中某元素的迭代器后，只能对其做读操作，而不能做写操作：

set::iterator set_it = iset.find(1); 
 *set_it = 11;               // error: keys in a set are read-only
 cout << *set_it << endl;    // ok: can read the key

multimap 和 multiset 类型

由于键不要求是唯一的，因此每次调用 insert 总会添加一个元素(不管key是否相同都添加)。
带有一个键参数的 erase 版本将删除拥有该键的所有元素，并返回删除元素的个数。而带有一个或一对迭代器参数的版本只删除指定的元素，并返回 void 类型：

// erase all elements with this key; returns number of elements removed 
    multimap::size_type cnt = 
                               authors.erase(search_item);

在 multimap 和 multiset 中查找元素

关联容器 map 和 set 的元素是按顺序存储的,如果某个键对应多个实例，则这些实例在容器中将相邻存放。

使用 find 和 count 操作

sz_type entries = authors.count(search_item);
multimap::iterator iter = 
                              authors.find(search_item);
        for (sz_type cnt = 0; cnt != entries; ++cnt, ++iter) 
        cout << iter->second << endl; // print each title

与众不同的面向迭代器的解决方案

可用于普通的 map 和 set 容器，但更常用于 multimap 和 multiset。所有这些操作都需要传递一个键，并返回一个迭代器。

若该键没有关联的元素，则 lower_bound 和 upper_bound 返回相同的迭代器：都指向同一个元素或同时指向 multimap 的超出末端位置。

enual_range 函数

equal_range 函数返回存储一对迭代器的 pair 对象。如果该值存在，则 pair 对象中的第一个迭代器指向该键关联的第一个实例，第二个迭代器指向该键关联的最后一个实例的下一位置。

小结

关联容器的元素按键排序和访问。关联容器支持通过键高效地查找和读取元素。键的使用，使关联容器区别于顺序容器，顺序容器的元素是根据位置访问的。

map 和 multimap 类型存储的元素是键－值对。它们使用在 utility 头文件中定义的标准库 pair 类，来表示这些键－值对元素。对 map 或multimap 迭代器进行解引用将获得 pair 类型的值。pair 对象的 first成员是一个 const 键，而 second 成员则是该键所关联的值。set 和multiset 类型则专门用于存储键。在 map 和 set类型中，一个键只能关联一个元素。而 multimap 和 multiset类型则允许多个元素拥有相同的键。

关联容器共享了顺序容器的许多操作。除此之外，关联容器还定义一些新操作，并对某些顺序容器同样提供的操作重新定义了其含义或返回类型，这些操作的差别体现了关联容器中键的使用。

关联容器的元素可用迭代器访问。标准库保证迭代器按照键的次序访问元素。begin 操作将获得拥有最小键的元素，对此迭代器作自增运算则可以按非降序依次访问各个元素。