【C++从青铜到王者】第二十篇:STL之set、map、multiset、multimap的初识

系列文章目录

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前言

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一、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。

二、键值对

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。

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)
	{}
};

三、树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶，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。

四、set的介绍和使用

1.set的介绍

set文档

• set是按照一定次序存储元素的容器。
• 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。
• 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。
• 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。
• set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
• 注意：
• 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。
• set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
• set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
• 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。
• set中的元素默认按照小于来比较。
• set中查找某个元素，时间复杂度为：logN。
• set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

2.set的使用

1. 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。

2.set的构造

void test_set3()
{
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(6);
	s.insert(7);
	s.insert(4);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	set<int> copy(s);
	for (auto e : copy)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

3.set的容量

void test_set2()
{
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(6);
	s.insert(7);
	s.insert(4);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.empty() << endl;
}

4.set的修改操作

STL中六大组件中算法的find算法效率是O(N),而set的find接口效率是二叉搜索树，效率为logN。

5.set的迭代器

void test_set1()
{
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(6);
	s.insert(7);
	s.insert(4);

	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	set<int>::iterator pos1 = s.find(3);
	if (pos1 != s.end()) //有元素才删除
	{
		s.erase(pos1);
	}

	s.erase(5);
	//s.erase(100);

	set<int>::iterator pos2 = find(s.begin(), s.end(), 7);
	s.erase(pos2);

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	s.erase(s.begin(), s.end());
}

五、map的介绍和使用

1.map的介绍

map文档

• 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。
• 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。
• 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
• 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)。
• 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。
• 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的使用

1.map的模板参数说明

• key: 键值对中key的类型。
• T： 键值对中value的类型。
• 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)。
• 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注意：在使用map时，需要包含头文件。

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2.map的构造

3.map的迭代器

void test_map1()
{
	map<int, int> m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 1));
	m.insert(pair<int, int>(2, 2));
	m.insert(pair<int, int>(3, 3));
	m.insert(make_pair(4, 4));
	map<int, int>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		it++;
	}

	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}

4.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	size_type size() const
–	–
mapped_type& operator[] (constkey_type& k)	返回去key对应的value

void test_map3()  //第一种方法
{
	string str[] = { "西瓜", "西瓜", "菠萝", "西瓜", "西瓜", "西瓜", "苹果", "苹果" };
	map<string, int>countMap;
	for (auto& e : str)
	{
		map<string, int>::iterator pos = countMap.find(e);
		if (pos != countMap.end())
		{
			pos->second++;
		}
		else
		{
			countMap.insert(pair<string, int>(e, 1));
		}
	}

	for (auto e : countMap)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}
void test_map4()
{
	string str[] = { "西瓜", "西瓜", "菠萝", "西瓜", "西瓜", "西瓜", "苹果", "苹果" };
	map<string, int>countMap;
	
	for (auto e : str)
	{
		countMap[e]++;
	}

	for (auto e : countMap)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}

5.map的修改

void test_map2()
{
	map<string, string> m;

	m.insert(pair<string, string>("water", "水"));
	m.insert(pair<string, string>("apple", "苹果"));
	m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));

	map<string, string>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		it++;
	}

	cout << m.size() << endl;
	cout << m.empty() << endl;

	m.erase("apple");

	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << m.size() << endl;

	map<string, string>::iterator pos1 = m.find("banan");
	if (pos1 != m.end())
	{
		m.erase(pos1);
	}
	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << m.size() << endl;

	//map::iterator pos2 = find(m.begin(), m.end(),"water");
	//m.erase(pos2);

	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << m.size() << endl;
}

• 【总结】：
• map中的的元素是键值对。
• map中的key是唯一的，并且不能修改。
• 默认按照小于的方式对key进行比较。
• 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。
• map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高logN。
• 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

六、multiset的介绍和使用

1.multiset的介绍

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 【总结】：
• multiset中再底层中存储的是的键值对。
• mtltiset的插入接口中只需要插入即可。
• 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的。
• 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列。
• multiset中的元素不能修改。
• 在multiset中找某个元素，时间复杂度为logN。
• multiset的作用：可以对元素进行排序。

2.multiset的使用

multiset的接口与set相同。

七、 multimap的介绍和使用

multimap文档

1.multimap的介绍

• 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。
• 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;
• 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。
• 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。
• 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中没有重载operator[]操作(可思考下为什么?)。

因为有多个相同的key值，所以不知道返回key值的哪个value。

总结

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了关联式容器map、set的使用，而关联式容器存储键值数据方便查找匹配数据，提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法，我们务必掌握。另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。