【跟学C++】C++集合——set/multiset类(Study16)

 ============================ 【说明】 ===================================================
  大家好，本专栏主要是跟学C++内容，自己学习了这位博主【 AI菌】的【C++21天养成计划】，讲的十分清晰，适合小白，希望给这位博主多点关注、收藏、点赞。
  主要针对所学内容，通过自己的理解进行整理，希望大家积极交流、探讨，多给意见。后面也会给大家更新，其他一些知识。若有侵权，联系删除！共同维护网络知识权利！
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   写在前面
  至此，我们了解了C++的基本语法，但是进一步学习C++，数据结构是必不可少的内容。 数据结构与算法决定了代码测存储方式，以及代码执行效率。
  数据结构的重要性不言而喻， 关于数据结构的基本知识可以转至本人另一专栏====>【 数据结构】。同样也可以阅读博主【 AI菌】写的【 数据结构与算法】，比较通俗易懂，可以学习学习！

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1、集合类

1.1、什么是集合类

  说到集合，我们在数学中就学过集合的概念。集合中有两种特性：互异性(集合中的元素各不相同)和无序性(元素所在位置无顺序关系)。

  在C++中，封装了STL类，相比传统集合概念，有一定区别。关于集合包括：set、multiset、unordered_set、unordered_multiset。下面对这四种集合类做个简要介绍：
  set：集合内元素是有序的，每个元素唯一。
  multiset：集合内元素是有序的，每个元素可以不唯一，可以重复。
  unordered_set：集合内元素是无序的，每个元素唯一。
  unordered_multiset：集合内元素是无序的，每个元素可以不唯一，可以重复。
  总而言之，set和multiset类用于存储一组有序的元素，查找的时间复杂度为O(logn)，unordered_set和unordered_multiset类中存储的元素是无序的，因此在集合中查找和插入元素的时间是一致(固定)的。
  注：使用set和multiset类时，需要定义头文件：

#include 

1.2、有什么优缺点

  如果需要对程序频繁查找操作的话，set和multiset类具有一定的优势，这两类是经过排序的，有序的，所以查找速度会快于其他类。
  具体来讲：在向集合中插入元素时通过find()函数来找到合适的位置进行排序。因此，在新增(插入)元素时，无疑会增加额外的开销，但find()内部实现使用的是二叉树结构。该结构用于查找的时间复杂度往往在O(logn)左右。
  但是也存在一定的缺陷：set和multiset类不如之前讲的vector类，vector可以使用其他元素替换给定位置的元素，而set和multiset类将把新元素同二叉树中的其他元素进行比较，进而将其放在其他位置。
  总而言之，set和multiset类和vector相比：
    优点：set和multiset类内部时类似二叉树结构，查找速度快；
    缺点：在增加元素时，会增加一点额外开销；不能使用其他元素直接替换给定位置的元素。

1.3、集合类的基本操作

  set和multiset类和之前一样，都是模板类，必须要先实例化：
  (1) 实例化一个整型set或multiset。

set <int> setNums;
multiset <int> msetNums;

  (2) 声明一个含有Tina对象的set或multiset。

set <Tina> setNums;
multiset <Tina> msetNums;

  (3) 使用复制，实例化set或multiset。

set <int> setNums1(setNums);
multiset <int> msetNums1(msetNums);

  这三种方式都没有规定顺序，默认升序。如果想规定集合元素顺序，可以提前声明定义。

# 升序排序
set<int, less<int>>setNums;
# 降序排序
set<int, greater<int>>setNums;//greater<>是个函数，降序，所以要加这个头文件#include

2、集合类的成员函数

  集合类也有自己的成员函数，包括插入、查找、删除等。成员函数，能够解决很多问题，使代码更加简洁。

2.1、插入函数insert()

  set和multiset类可以使用insert()函数，在集合中插入值。

#include
#include

using namespace std;

template <typename T>
void DisplayContents(const T& Input)
{
    for(auto  iElement = Input.cbegin();iElement != Input.cend(); ++iElement)
        cout<<*iElement<<" ";
    cout<<endl;
}

int main()
{
     set <int> setIntegers;
     multiset <int> msetIntegers;

     setIntegers.insert(60);
     setIntegers.insert(-1);
     setIntegers.insert(300);

     cout<<"显示内容到屏幕："<<endl;
     DisplayContents(setIntegers);

     msetIntegers.insert(setIntegers.begin(), setIntegers.end());
     msetIntegers.insert(300);

     cout<<"再插入一个元素后，显示内容到屏幕："<<endl;
     DisplayContents(msetIntegers);

     cout<<"300的数量是："<<msetIntegers.count(300)<<endl;
     return 0;
}

2.2、查找函数find()

  在set和multiset类中，可以使用成员函数find()来查找相应的元素。但是，multiset 可能包含多个相同的元素。因此对于multiset，find()函数查找第一个与给定值匹配的元素。

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
    set<int> setNums;

    //插入元素
    setNums.insert(50);
    setNums.insert(-48);
    setNums.insert(6);
    setNums.insert(160);

    //显示集合元素
    for (auto iElement=setNums.cbegin(); iElement != setNums.cend(); ++iElement)
        cout<<*iElement<<endl;

    //查找集合元素-1
    auto iElementFound = setNums.find(-1);
    if(iElementFound != setNums.end())
        cout<<"Element "<<*iElementFound<<" found!"<<endl;
    else
        cout<<"Element -1 not found in setNums!"<<endl;

    //查找集合元素6
    auto anotherFind = setNums.find(6);
    if(anotherFind != setNums.end())
        cout<<"Element "<<*anotherFind<<" found!"<<endl;
    else
        cout<<"Element 6 not found in setNums!"<<endl;

    return 0;
}

2.3、删除函数erase()

  在set和multiset类中，和其他模板类一样，可以使用erase()函数删除元素。

#include
#include
using namespace std;

template <typename T>
void DisplayContents(const T& Input)
{
    for(auto  iElement = Input.cbegin();iElement != Input.cend(); ++iElement)
        cout<<*iElement<<" ";
    cout<<endl;
}


int main()
{
    multiset <int, greater<int>> msetNums;
    msetNums.insert(46);
    msetNums.insert(78);
    msetNums.insert(-100);
    msetNums.insert(-100);
    msetNums.insert(8);

    cout<<"msetNums 包含 "<<msetNums.size()<<" 个元素"<<endl;
    cout<<"降序显示mseNums全部元素："<<endl;
    DisplayContents(msetNums);

    msetNums.erase(-100);

    cout<<"删除-100后，显示mseNums全部元素："<<endl;
    DisplayContents(msetNums);

    return 0;
}

3、其他

3.1、注意点

  (1) set和multiset容器针对频繁查找的情形进行了优化;
  (2) multiset可存储多个值相同的元素，而set只能存储不同的值。
  (3) 使用count()可获得元素包含特点值的个数;
  (4) 使用size()可获得集合包含的元素个数。
  (5) 在需要频繁插入而很少查找的情形下，不要使用set和multiset; 在这种情况下，使用vector和list更合适。

4、总结

  最后，长话短说，大家看完就好好动手实践一下，切记不能三分钟热度、三天打鱼，两天晒网。大家也可以自己尝试写写博客，来记录大家平时学习的进度，可以和网上众多学者一起交流、探讨，我也会及时更新，来督促自己学习进度。一开始提及的博主【AI菌】，个人已关注，并订阅了相关专栏(对我有帮助的)，希望大家觉得不错的可以点赞、关注、收藏。