Cpp || 关联式容器(map,multimap,set,multiset)

关联式容器基础

一：关联式容器简介

小黑:首先咱们来看看关于关联式容器
的介绍

• 在初阶阶段，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list(C++11)等，这些容器统称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。
• 那什么是关联式容器？它与序列式容器有什么区别？
  关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

小辉:小黑,能不能给我介绍一下
键值对?

小黑:可以呀,只要你想学我就教给你.
注意看下面的介绍奥

二：键值对

2.1:键值对简单介绍

用来表示具有一 一对应关系的一种结构,该结构中一般只包含两个成员变量key和value,key代表键值,value表示与key对应的信息

• 比如：现在要建立一个英汉互译的字典,那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义.而且,英文单词与其中文含义是一一对应的关系,即通过该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义.

小辉:小黑,你能再举个例子说明
一下键值对吗?

小黑:可以呀,你比如说:学校中每个学生
都有自己的学号.我们是不是可以
根据学号找到对应的同学姓名,而且每
个学号和学生之间都是一一对应的关系.
这里的学号就可以看作是key,
而学生姓名就可以看作是value.
通俗的将这就是一种一对一的映射关系

小辉:奥,我听明白了.咱们去看
博客吧

2.2：键值对结构的定义

template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
T1 first;
T2 second;
pair()
: first(T1())
, second(T2())
{}
pair(const T1& a, const T2& b)
: first(a)
, second(b)
{}
};

• 通过对键值对结构的定义,我们可以看出键值对的特殊之处在于其拷贝构造函数的定义

三:树形结构的关联式容器

根据应用场景的不同,STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：
树型结构与哈希结构.

树型结构的关联式容器主要有四种：
map、set、multimap、multiset。
这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果,容器中的元素是一个有序的序列.

3.1：map的使用

小辉:map,是地图吗?

小黑:当然不是啦,map是关联式容器的
一种,使用起来还是比较有趣的

关于map的介绍

• 1.map是关联容器,它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。
• 2.在map中,键值key通常用于排序和惟一地标识元素,而值value中存储与此键值key关联的内容.键值key和值value的类型可能不同,并且在map的内部,key与value通过成员类型value_type绑定在一起,为其取别名称为pair:typedef pair value_type;
• 3.在内部,map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
• 4.map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢,但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时,可以得到一个有序的序列)。
• 5.map支持下标访问符,即在[]中放入key,就可以找到与key对应的value。
• 6.map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

map的构造

函数声明	功能介绍
map(const key_compare& comp=key_compare(),const allocator_type &alloc=allocator_type()	构造一个空的map
template map(Inputiterator first,Inputterator last,const key_compare &comp=key_compare(),const allocator_type& alloc=allocator_type())	用(first,last)区间中的元素构造map
map(const _type& x)	map的拷贝构造

• 使用实例

#include
#include
#include
#include 
using namespace std;

void testMap(){
	map<int,string, greater<int>> testMap;
	testMap[8] = "中国";
	testMap[2] = "美国";
	testMap[1] = "法国";
	testMap[3] = "阿拉伯";
	testMap[10] = "伊拉克";
	testMap[9]="西安";
	testMap.insert(make_pair(11,"英国"));
	//map的两种插入方式
	for (const auto& e : testMap){
	//对map中的内容进行遍历
		cout << e.first << " " << e.second << endl;
	}
	int key;
	cin >> key;
	//find的迭代器的使用
	if (testMap.find(key) != testMap.end()){
		cout << testMap[key] << endl;
	}
	
}
int main(){
	testMap();
	return 0;
}

• 运行结果

• [ ]类似查找的功能:底层实现方式搜索二叉树

int key;
while(cin>>key){
	if(testMap.count(key)
	cout<<key<<"-->"<<testMap[key]<<endl;
	else
	cout<<"not find key"<<key<<endl;
}

小黑:从运行结果可以看出的出,
结果按key从大到小的进行了排序

• 默认顺序是从小到大的,map构造的时候加上仿函数就会变成从大到小的.

map迭代器

函数声明	功能简介
iterator begin ()	返回第一个元素的位置
iterator end ()	返回最后一个元素的下一个位置
const_iterator begin () const	返回第一个元素的const迭代器
const_iterator end () const	返回最后一个元素下一个位置的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回第一个元素位置的反向迭代器即rend
reverse_iterator rend()	返回最后一个元素下一个位置的反向迭代器即rbegin
const_reverse_iterator rbegin()const	返回第一个元素位置的const反向迭代器即rend
const_reverse_iterator rend() const	返回最后一元素下一个位置的反向迭代器即rbegin

• 使用实例

//map迭代器的使用
#include
#include 
#include 

using namespace std;

void TestMap()
{
	map<string, string> m{ { "apple", "苹果" },
	{ "banan", "香蕉" },
	{ "orange", "橘子" },
	{ "peach", "桃子" },
	{ "waterme", "水蜜桃" } };
	cout << endl;
	for (auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it)
		cout<< (*it).first << "--->" << it->second << endl;
	cout<< endl;
	
}

int main(){
	TestMap();
	return 0;
}

map的容量与元素访问

函数声明	功能简介
bool empty ( ) const	检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (constkey_type& k)	返回去key对应的value

【问题的提出】

• 当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题？

【注意】

• 在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数,都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用,不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。
• 使用实例

#include 
#include 
void TestMap()
{
// 构造一个空的map，此时m中一个元素都没有
map<string, string> m;
/*
operator[]的原理是：
用构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中
如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器
如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器
operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回
*/
// 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引用结果，
// 即修改与"apple"对应的value""为"苹果"
m["apple"] = "苹果";
// 将<"apple", "">插入map中，插入失败，将<"apple", "苹果">中的"苹果"返回
cout << m["apple"] << endl;
cout << m.size() << endl;
// “banan不在map中，该函数抛异常”
m.at("banan");
}

• 运行结果:抛出异常

【总结】

• 1.map中的的元素是键值对
• 2.map中的key是唯一的,并且不能修改
• 3.默认按照小于的方式对key进行比较
• 4.map中的元素如果用迭代器去遍历,可以得到一个有序的序列
• 5.map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高O(log2N)
• 6.支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。
• mapped_type& operator[](const key_type& k);
• 完成读写,插入操作
  

map中元素的修改

函数声明	功能介绍
pair insert ( const value_type& x )	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功
iterator insert ( iterator position, const value_type& x )	在position位置插入值为x的键值对，返回该键值对在map中的位置，注意：元素不一定必须插在position位置，该位置只是一个参考
template void insert ( InputIterator first, InputIterator last )	在map中插入[first, last)区间中的元素
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map& mp )	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x )	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

3.2 multimap

小辉:小黑,这个容器又有什么特殊的
地方呢?

小黑:这个相比map来说key值可以
重复

【简介】

• 1.Multimaps是关联式容器,它按照特定的顺序,存储由key和value映射成的键值对,其中多个键值对之间的key是可以重复的。
• 2.在multimap中,通常按照key排序和惟一地标识元素,而映射的value存储与key关联的内容.key和value的类型可能不同,通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起,value_type是组合key和value的键值对:ypedef pair value_type;
• 3.在内部,multimap中的元素总是通过其内部比较对象,按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
• 4.multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢,但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
• 5.multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

【注意:】
multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的

multimap的使用

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的.
【注意】：

• 1.multimap中的key是可以重复的。
• 2.multimap中的元素默认将key按照小于来比较
• 3.multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?)。
• 4.使用时与map包含的头文件相同:

#include
#include
#include
#include 
using namespace std;

void testMap(){
	
		multimap<int, string, greater<int>> testMap;
		//multimap：不提供[]操作，key不唯一
		//键值可以重复
		/*testMap[8] = "中国";
		testMap[2] = "美国";
		testMap[1] = "法国";
		testMap[3] = "阿拉伯";
		testMap[10] = "伊拉克";*/

		testMap.insert(make_pair(1, "中国"));
		testMap.insert(make_pair(2, "美国"));
		testMap.insert(make_pair(3, "英国"));
		testMap.insert(make_pair(7, "法国"));
		testMap.insert(make_pair(8, "德国"));
		testMap.insert(make_pair(9, "阿拉伯国"));
		cout << testMap.count(1) << endl;
		for ( const auto& e : testMap){
			cout << e.first << "-->" << e.second << endl;
		}

		//lower_bound:返回>=key第一个位置迭代器
		auto mit = testMap.lower_bound(3);
		cout << mit->first<<"-->"<<mit->second << endl;
		//upper_bound:返回
		mit = testMap.upper_bound(3);
		cout << mit->first << "-->" << mit->second << endl;
	}

int main(){
	testMap();
	return 0;
}

• 运行结果

3.3:set

小辉:小黑,快给我讲一下这个容器的
用法吧

小黑:好呀,咱们一起来看看吧.
它的特殊之处有哪些

【简介】

• 1.set是按照一定次序存储元素的容器
• 2.在set中,元素的value也标识它(value就是key,类型为T),并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const),但是可以从容器中插入或删除它们。
• 3.在内部,set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
• 4.set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢,但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代
• 5.set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

【注意】：

• 1.与map/multimap不同,map/multimap中存储的是真正的键值对,set中只放value,但在底层实际存放的是由构成的键值对.
• 2.set中插入元素时,只需要插入value即可,不需要构造键值对.
• 3.set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
• 4.使用set的迭代器遍历set中的元素,可以得到有序序列
• 5.set中的元素默认按照小于来比较
• 6.set中查找某个元素，时间复杂度为:O(log2N)
• 7.set中的元素不允许修改(为什么?)
• 8.set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

set的使用

• 使用实例

#include
#include
#include

using namespace std;

void TestSet(){
  set<int> testSet;
  testSet.insert(1);
  testSet.insert(2);
  testSet.insert(3);
  testSet.insert(5);
  testSet.insert(7);
  testSet.insert(4);
  testSet.insert(9);
  testSet.insert(8);

  for(const auto& e:testSet){
    cout<<e<<endl;
  }
}

int main(){
  TestSet();
  return 0;
}

• 运行结果
  
• 构造对象的时候加上仿函数

set<int,greater<int>> testSet;

• 运行结果

set的迭代器

函数声明	功能介绍
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器,即crbegin

• 实用实例

#include
#include
#include
using namespace std;

void TestSet(){
	set<int> s;
	s.insert(1);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	s.insert(4);
	s.insert(5);
	s.insert(6);
	auto lst = s.rbegin();
	while (lst != s.rend()){
		cout << *lst << " ";
		lst++;
	}
	cout << endl;
	auto lit = s.cbegin();
	while (lit != s.end()){
		cout << *lit << endl;
		++lit;
	}
	auto ite = s.crbegin();
	while (ite != s.crend()){
		cout << *ite << " ";
		ite++;
	}
	cout << endl;
}

int main(){
	TestSet();
	return 0;
}

• 运行结果

3.4:multiset

关于multiset的介绍

【简介】

• 1.multiset是按照特定顺序存储元素的容器.其中元素是可以重复的。
• 2.在multiset中,元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是组成的键值对,因此value本身就是key.key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的),但可以从容器中插入或删除.
• 3.在内部,multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序.
• 4.multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢,但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列.
  5.multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
  【注意】
• 1.multiset中再底层中存储的是的键值对
• 2.mtltiset的插入接口中只需要插入即可
• 3.与set的区别是,multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
• 4.使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
• 5.multiset中的元素不能修改
• 6.在multiset中找某个元素,时间复杂度为O(log2N)
• 7.multiset的作用:可以对元素进行排序

小黑:这就是今天咱们介绍的最后一个
关联式容器了

小辉:完了吗?好吧,感觉我能够接收
的知识量还可以更大的

multiset的使用

• 使用实例

#include
#include
#include
#include 
using namespace std;

void testset(){

	multiset<int> testSet;
	testSet.insert(1);
	testSet.insert(1);
	testSet.insert(1);
	testSet.insert(2);
	testSet.insert(4);
	testSet.insert(6);
	testSet.insert(5);
	testSet.insert(9);
	for (const auto& e : testSet){
		cout << e << endl;
	}
	//自动排序(从小到大),可以重复 
}

int main(){
	testset();
	return 0;
}

multiset的用法和se的基本相似,这里不再赘述

小黑,小辉:好了,本期博客到这里就结束了,
这篇篇幅很长,感谢各位的支持。
期待下次再见奥.