STL中map,multimap,set,multiset,unordered_map,unordered_multimap,unordered_set,unordered_multiset的实现方

转自：http://blog.csdn.net/duyiwuer2009/article/details/23780041

1. map, multimap, set, multiset

g++ 中 map, multimap, set, multiset 由红黑树实现

map: bits/stl_map.h

multimap: bits/stl_multimap.h

set: bits/stl_set.h

multiset: bits/stl_multiset.h

红黑树类——_Rb_tree: bits/stl_tree.h

若要分析红黑树的实现阅读 bits/stl_tree.h 即可

2. std::pair

位于 , 本质非常简单，就是一个含有 2 个成员的类模板：

 // bits/stl_pair.h
 template<class _T1, class _T2>
 struct pair
 {
     typedef _T1 first_type;    /// @c first_type is the first bound type
     typedef _T2 second_type;   /// @c second_type is the second bound type

     _T1 first;                 /// @c first is a copy of the first object
     _T2 second;                /// @c second is a copy of the second object
 ......
 };

与之相关的比较重要的函数：

2.1 make_pair()

见例子

2.2 重载关系操作符

比较规则就是前面博文介绍的字典序比较（http://blog.csdn.net/duyiwuer2009/article/details/23277803），和 deque, list 等也类似，map 的比较是基于它的（因为 map 是存储着元素为 pair 的容器，下文详细说明）。

3. map, set 的相似和本质

先看 gcc libstdc++ 实现代码：

 // bits/stl_tree.h
 template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,
         typename _Compare, typename _Alloc = allocator<_Val> >
 class _Rb_tree
 {
 ......
 public:
     typedef _Key key_type;
     typedef _Val value_type;
 ......
 };


 // bits/stl_map.h
 template<typename _Key, typename _Tp, typename _Compare = std::less<_Key>,
         typename _Alloc = std::allocatorconst _Key, _Tp> > >
 class map
 {
 public:
     typedef _Key                         key_type;
     typedef _Tp                          mapped_type;
     typedef std::pair<const _Key, _Tp>   value_type;
     typedef _Compare                     key_compare;
 ......

 public:
     class value_compare
     : public std::binary_functionbool>
     {
         friend class map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>;
     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); }
     };
 ......
     typedef _Rb_tree,
                 key_compare, _Pair_alloc_type> _Rep_type;

     /// The actual tree structure.
     _Rep_type _M_t;
 ......
 };


 // bits/stl_set.h
 template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,
         typename _Alloc = std::allocator<_Key> >
 class set
 {
 ......
     typedef _Key     key_type;
     typedef _Key     value_type;
     typedef _Compare key_compare;
     typedef _Compare value_compare;
 ......
     typedef _Rb_tree,
                     key_compare, _Key_alloc_type> _Rep_type;
     _Rep_type _M_t;  // Red-black tree representing set.
 ......
 };

可以看出：

1. map 的 value_type 为 std::pair, 而 set 的 value_type 为 _Key, 都是通过 _Key 进行定位。

2. 从容器中存储元素的角度而言，关联容器与序列容器是一样的，只不过 map 存储的是 std::pair （从 begin(), end() 返回的迭代器类型上也可以看出），区别是有个 key 与之关联。

3. 从用途上来说，set 相当于集合，方便剔除和增加新元素，map 自不用多说。

附：常见容器分类

序列容器(sequence container):

vector

list

deque

容器适配器(container adapter):

stack(last in, first out)

queue(first in, first out)

priority_queue

关联容器(associative container):

set

multiset

map

multimap

4. 红黑树

红黑树(red–black tree)是一种自平衡二叉查找树(self-balancing binary search tree)，先看二叉查找树(BST)的定义和性质：

(1) 若它的左子树非空，则左子树上所有节点的值均小于它的根节点的值；

(2) 若它的右子树非空，则右子树上所有节点的值均大于（或大于等于）它的根节点的值；

(3) 它的左、右子树也分别为二叉查找树。（显然这是一个递归定义）

(4) 中序遍历(LDR: left subtree, current node(data), right subtree)将得到递增序列，所以又叫二叉排序树。

5. unordered_map, unordered_multimap, unordered_set, unordered_multiset(C++ 11)

g++ 中 unordered_map, unordered_multimap, unordered_set, unordered_multiset 由哈希表实现

 unordered_map       <-- __unordered_map      \
 unordered_multimap  <-- __unordered_multimap -\
                                                | <-- std::_Hashtable(hashtable.h)
 unordered_set       <-- __unordered_set      -/
 unordered_multiset  <-- __unordered_multiset /

 std::_Hashtable(hashtable.h) <-- std::__detail::_Rehash_base(hashtable_policy.h)