【C++】STL —— map/multimap和set/multiset的基本使用

目录

一、前言 

1. 关联式容器 

2. 键值对  

3. 树形结构的关联式容器

二、set

1. set基本介绍

2. set的模板参数列表 

3. set的构造函数

4. set的迭代器

5. set的容量

6. set修改操作

三、multiset 

三、map

1. map的介绍 

2. map模板参数说明 

3. map的构造函数 

4. map的迭代器

5. map的容量与元素访问  

6. map中元素的修改

7. map的基本使用

1. map的插入 

2. map的[ ]运算符重载

五、multimap

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一、前言 

1. 关联式容器 

        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。

2. 键值对  

        它是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，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

3. 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。下面一依次介绍每一个容器。  

二、set

1. set基本介绍

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（可以通过仿函数来控制）
6. set中查找某个元素，时间复杂度为：logN
7. set中的元素不允许修改

2. set的模板参数列表 

T：set中存放元素的类型，实际在底层存储的键值对

Compare：set中元素默认按照小于来比较

Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

3. set的构造函数

函数声明	功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	构造空的set
set (InputIterator fifirst, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	用 [first, last) 区间 中的元素构造set
set ( const set& x);	set的拷贝构造

void test()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
	set s1;                       //构造一个空的set
	set s2(arr, arr + 5);         //用一段区间进程构造
	set s3(s2);                   //拷贝构造
	set s4(s2.begin(), s2.end()); //用s2的迭代器区间进行构造
	
}

4. 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

5. set的容量

函数声明	功能介绍
bool empty ( ) const	检测set是否为空，空返回true，否则返回false
size_type size( ) const	返回set中有效元素的个数

6. set修改操作

函数声明	功能介绍
pair insert ( const value_type& x )	在set中插入元素x，实际插入的是构成的键值对， 如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果 插入失败，说明x在set中已经存在，返回 置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first, iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap ( set& st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的个数

void test_set()
{
	//排序 + 去重
	set s;
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(1);
	s.insert(5);
	s.insert(4);
	s.insert(4);
	s.insert(4);
	set::iterator it = s.begin();//熟练以后可以还有auto it = s.begin();
	
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " "; //打印结果1 2 3 4 5（set的本质就是排序加去重）
		++it;
	}
	cout << endl;
/***************************************************************/
	set::iterator pos = s.find(3);
	if (pos != s.end())
	{
		s.erase(pos);   //指定迭代器删除，存在迭代器是否有效
	}
	cout << s.erase(20) << endl;
	cout << s.erase(3) << endl;//指定删除val，返回的是删除的个数
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

三、multiset 

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logN
7. multiset的作用：可以对元素进行排序

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	multiset ms;
	//插入元素（允许重复）
	ms.insert(1);
	ms.insert(4);
	ms.insert(3);
	ms.insert(3);
	ms.insert(2);
	ms.insert(2);
	ms.insert(3);
	for (auto e : ms)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl; //1 2 2 3 3 3 4
	return 0;
}

 

三、map

1. 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通常用于排序和唯一的标识元素，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))

2. map模板参数说明 

1. key: 键值对中key的类型       T： 键值对中value的类型

2. Compare: 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况 下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则 (一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)

3. Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器

4. 注意：在使用map时，需要包含头文件。

3. map的构造函数 

#include 

4. map的迭代器

函数声明	功能介绍
begin() 和 end()	begin：首元素的位置 end：最后一个元素的下一个位置
cbegin() 和 cend()	与begin和end意思相同，但是这种迭代器所指向的元素不能被修改
rbegin() 和 rend()	反向迭代器，rbegin就是end的位置，rend就是begin的位置
crbegin() 和 crend()	与rbegin会让rend类似；但是该迭代器所指相对元素不能被修改

5. map的容量与元素访问  

函数声明	功能介绍
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[ ] (const key_type& k)	返回key对应的value引用

6. map中元素的修改

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
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值对为x的元素
void erase ( iterator fifirst, iterator last )	删除【first，last) 区间的元素(注意左闭右开区间)
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end
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中的key是唯一的，因此该函数得到返回值要么是0，要么是1；因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

7. map的基本使用 

1. map的插入 

 map的插入使用的是insert函数

pair insert (const value_type& val);

参数的类型是value_type，实际上value_type就是pair类型的别名；所以我们要想在map容器中插入一个元素，就是要去构造出一个pair；

#include 
#include 

 其中前两种方式还是很容易理解的，主要是方式三通过make_pair插入；

//库当中提供以下make_pair函数模板
template 
  pair make_pair (T1 x, T2 y)
  {
    return ( pair(x,y) );
  }

make_pair本质就是一个函数模板，我们只需向make_pair函数传入key和value，该函数模板会根据传入参数类型进行自动隐式推导，最终构造并返回一个对应的pair对象。

insert函数的返回值：

insert函数的返回值也是一个pair对象，该pair对象中第一个成员的类型是map的迭代器类型，第二个成员的类型的一个bool类型，具体含义如下：

• 若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
• 若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

2. map的[ ]运算符重载

 map的[ ]运算符重载函数的函数原型如下：

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

        

        该函数的返回值是mapped_type，它其实就是map中的第二个模板参数（也就是value）；在库函数的使用说明中有这样一段话，如下：

//A call to this function is equivalent to:
(*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second

解释：在使用[ ]的时候，相当于使用上图这条语句；但是看上去很复杂，我们将其分析如下：

        

        这里你可能会有疑问，first和second是什么？首先map存储是K/V模型，是利用key和value构造出一个pair对象进行存储的，对于pair的基本说明，如下图所示：

        简单的来讲，pair当中的第一个模板参数就是通过first访问，第二个模板参数就是通过second访问的。

map对于[ ]的重载具体价值体现在哪里呢？？？？

例如：我们想要统计已给定水果出现的次数，我们可以有如下操作：

//不使用operator[]
void test1()
{
    string arr[] = { "苹果", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉", "苹果","苹果", "西瓜" };
    map countMap;

    /*方式一：通过范围for不断的插入键值对，利用find函数查找map中是否存在该键值对，判断ret这个迭代器，如果存在就对second++，来统计次数，反之insert*/
    for (auto& str : arr)
    {
        auto ret = countMap.find(str);
        if (ret == countMap.end())
        {
            countMap.insert(make_pair(str, 1));
        }
        else
        {
            ret->second++;
        }
    }

    /*方式二：因为insert函数的返回值是pair 可以不需要通过find函数来查找键值对是否存在，因为这个返回值中的bool就可以判断，只要bool是false就表明该键值是存在的，插入失败了，此时就可以对second++，以此来统计次数*/
    for (auto& str : arr)
    {
        auto kv = countMap.insert(make_pair(str, 1));
        if (kv.second == false)
        {
            kv.first->second++;
        }
    }

    //打印结果
    for (auto& kv : countMap)
    {
        cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
    }
}

如上的代码，显然没什么问题，相比接下来的operator[ ]的操作就显得低级了

//利用operator[]来进行次数统计
void test()
{
    string arr[] = { "苹果", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉", "苹果","苹果", "西瓜" };
    map countMap;
 
    /*operator[]这个函数的参数是key，所有[]内给定我们的key值，因为该函数返回的是value的引用，所以对其++操作，就能实现次数统计*/
    for (auto& str : arr)
    {
        countMap[str]++;
    }

    //打印结果
    for (auto& kv : countMap)
    {
        cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
    }
}

对于operator[ ]还有哪些功能呢？

void test_map3()
{
	map dict;
	dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
	dict.insert(make_pair("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("left", "剩余"));//这里不会插入成功，只会检查key

	dict["left"] = "剩余";        //这里是修改
	dict["test"];                 //这里是插入
	dict["string"] = "字符串";    //这里是插入+修改

	cout << dict["sort"] << endl; //有这个key，充当的是查找
	
}

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
6.  支持[ ]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

五、multimap

1. Multimap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: typedef 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。

#include 
#include 
#include 

        multimap容器允许键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个元素的value的引用存在歧义，因此在multimap容器当中没有实现[ ]运算符重载函数。