学会吊打面试官之set

 

小白：大牛，我最近在学习C++的STL容器，发现set好像是一种比较特殊的容器，可以帮我简单介绍一下吗？

大牛：没问题，set是一种关联式容器，它的主要特点是不允许有重复元素，并且元素是有序的。

小白：不允许有重复元素？那和数组或者向量有什么区别呢？

大牛：数组和向量都是顺序容器，允许有重复元素，而set则是关联式容器，它的内部实现是基于红黑树的，因此在插入、删除元素时都有比较高的效率。

小白：那我该如何使用set呢？

大牛：set有两个常用的操作：插入元素和查找元素。你可以使用insert函数插入元素，使用find函数查找元素。

下面给你一个例子，我们定义一个set来存储一组学生的分数，然后插入几个分数，最后查找一个分数是否在set中。

#include 
#include 

using namespace std;

int main()
{
    set scores; // 定义一个set来存储分数

    // 插入几个分数
    scores.insert(85);
    scores.insert(72);
    scores.insert(93);
    scores.insert(68);
    scores.insert(78);

    // 查找一个分数是否在set中
    if (scores.find(85) != scores.end()) {
        cout << "85分在set中" << endl;
    } else {
        cout << "85分不在set中" << endl;
    }

    return 0;
}

小白：我看到你在代码里用了scores.end()，这是什么意思呢？

大牛：end()函数返回的是set中最后一个元素之后的位置，它通常用于表示一个不存在的元素。在上面的例子中，如果85分不存在于set中，那么scores.find(85)将返回scores.end()，从而判断85分不在set中。

小白：原来如此，set真的很方便啊，不过我还有一个问题，set的底层实现是什么？

大牛：set的底层实现是基于红黑树，它是一种自平衡的二叉查找树，可以在O(log n)的时间内完成插入、删除、查找等操作。你可以自己实现一下红黑树来加深理解。

小白：好的，我会去看看红黑树的实现，谢谢你的讲解。

大牛：不客气，有问题可以随时问我。

小白：那set和map有什么区别呢？

大牛：set和map都是关联容器，但是set中存储的是一组不重复的元素，而map则是键值对的集合，每个键值对都是独一无二的。

小白：明白了！那我们来看看set的使用场景吧。

大牛：set通常用于需要快速查找、插入和删除元素的情况。比如，你想要对一个列表进行去重操作，就可以使用set来实现。

小白：噢，那我可以用set来实现这个功能了。请问，set的实现原理是什么呢？

大牛：set的底层实现通常是基于平衡二叉树（比如红黑树）或者哈希表。对于平衡二叉树实现的set，查找、插入和删除的时间复杂度都是O(log n)，而哈希表实现的set，这些操作的时间复杂度通常是O(1)。

小白：这样啊，看来使用set还是挺方便的。你能给我举个例子吗？

大牛：当然可以。假设你有一个字符串列表，需要对其中的重复字符串进行去重操作，代码如下：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::set mySet;
    std::string str;
    while (std::cin >> str) {
        mySet.insert(str);
    }
    for (const auto& s : mySet) {
        std::cout << s << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

这个程序会不断从标准输入中读取字符串，然后将其插入到set中。由于set会自动去重，所以最终只会输出不重复的字符串。

小白：太厉害了！看来set真的很实用。

大牛：是的，set和其他STL容器一样，提供了丰富的操作和算法，可以让我们更加方便地处理数据。

大牛：没问题，这个例子我来给你举一个更加具体的应用场景。假设我们有一个学生名单，里面存储着所有选修了某一门课程的学生的学号，现在我们要求出选修这门课的学生数量。

小白：好的，那我们该怎么做呢？

大牛：我们可以使用set来存储所有选修这门课的学生学号，因为set具有不重复的特性，所以存储学号的时候不会出现重复的情况。

小白：明白了，那我们该怎么使用set呢？

大牛：首先，我们需要定义一个set对象，可以这样写：

std::set studentSet;

这个定义语句表示我们定义了一个存储int类型数据的set对象，名字叫做studentSet。

接下来，我们需要将所有选修了这门课程的学生的学号加入到这个set对象中，可以使用insert函数来实现：

studentSet.insert(10001);
studentSet.insert(10002);
studentSet.insert(10003);

这些代码表示我们将学号为10001、10002和10003的学生加入到了set对象中。

最后，我们只需要使用size函数来获取set对象中元素的数量就可以了：

std::cout << "选修这门课的学生数量为：" << studentSet.size() << std::endl;

小白：哇，这个例子非常好理解，我觉得我已经掌握了set的使用方法了。但是，我还有一个问题，set是如何实现的呢？

大牛：set是使用红黑树来实现的，这也是set具有自动排序和去重功能的原因。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，具有良好的插入、删除和查找性能。

小白：原来如此，谢谢大牛的解答，我学到了很多新的知识！

大牛：不客气，希望你能在以后的工作中有所收获！

大牛：set底层使用红黑树实现，这是一种自平衡二叉查找树，可以保证插入、删除、查找等操作的时间复杂度都是O(log n)。所以，当需要高效率的查找、插入、删除时，set是一个不错的选择。

小白：那我平常怎么会用到set呢？

大牛：set的应用场景很多，比如去重、排序、查找等。举个例子，假设你要对一篇文章中的单词进行去重操作，那么可以使用set来存储这些单词，因为set会自动去重，而且可以在插入的同时进行排序。

小白：哦，我懂了。你能再举个例子吗？

大牛：当然可以。比如说你要在一组数据中查找出不重复的元素，可以使用set来实现。具体代码如下：

#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 3, 2, 5, 6, 4, 7};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    set s;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        s.insert(arr[i]);
    }
    for (auto x : s) {
        cout << x << " ";
    }
    return 0;
}

这段代码中，我们使用set来存储arr数组中的元素，并且自动去重和排序。最后，我们遍历set中的元素，输出不重复的结果。

小白：哇，这个例子好棒啊！我明白了，set真的很方便呢。