【C++】map和set的基本使用

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

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2、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。

SGI-STL中关于键值对的定义：

template <class T1, class T2>

struct pair 
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;

T1 first;//这里的first就是key值
T2 second;//这里的second就是value值

pair(): first(T1()), second(T2())
{}

pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
{}
};

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3、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

3-1、set

大家还是可以去查看：
set的文档

文档大致翻译：

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
6. set中查找某个元素，时间复杂度为：$lo{g}_{2}n$
7. set中的元素不允许修改(为什么?——因为set中只有key值，而用set构建出来的二叉搜索树是根据key值来构建的，key值如果随意更改，就破化了二叉搜索树的结构，这就不是二叉搜索树了)
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3-1-1、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（因为底层实现的原因，这里的key变成了T）
Compare：set中元素默认按照小于来比较 （Compare我们不实现就是默认比较小的）
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

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

3. 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，即crbegin

4. 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true
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

5. 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
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的元素的个数

3-1-3、set的使用样例

size_t N = 10;
srand(time(0));
set<int> si;
for (size_t i = 0; i < N; ++i)
{
	si.insert(rand());
}
si.insert(10);
si.insert(25);
si.insert(36);
si.insert(6);
si.erase(25);
si.erase(100);
cout << si.erase(100) << endl;
for (const auto& e : si)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;

size_t N = 10;
srand(time(0));
set<int> si;
for (size_t i = 0; i < N; ++i)
{
	si.insert(rand());
}
si.insert(10);
si.insert(25);
si.insert(36);
si.insert(6);
si.erase(25);
si.insert(100);
set<int>::iterator it = si.begin();
while (it != si.end())
{
	cout << *it << " ";
	++it;
}
set<int>::iterator t = si.find(100);
if(t == si.end())
{
	cout << "没有数据" << endl;
}
else
{
	cout << "找到了" << endl;
}

3-2、map

map的文档
文档翻译：

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;
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))。

3-2-1、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

和set差不多，除了下面的内容没什么要补充的

map的元素访问
当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过 key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常

3-2-2、map的使用样例

map<int, int> m;
for (size_t i = 0; i < 11; ++i)
{
	m.insert(pair<int, int>(i, 1));
}
m.insert(make_pair(5, 1));//make_pair就是调用pair<类型，类型>
for (const auto& e : m)
{
	cout << e.first << e.second << " ";
}
cout << endl;

void test_map1()
{
	map<int, double> m;  //K V模型
	m.insert(pair<int, double>(1, 1.1));//调用pair的构造函数，构造一个匿名对象
	m.insert(pair<int, double>(2, 2.1));
	m.insert(pair<int, double>(5, 3.4));
	m.insert(make_pair(2, 2.2));       //调用函数模板，构造对象，好处是不需要声明pair的参数， 
                                       //让函数去自己推演，用起来更方便
//	key相同就会插入失败
	map<int, double>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << (*it).first<<":"<<(*it).second << endl;
		cout << it->first << ":" << it -> second << endl;
		it++;
	}
	cout << endl;
}
 
 
void test_map2()
{
	typedef map<string, string> DICT;
	typedef pair<string, string> D_KV;
	DICT dict;
	dict.insert(D_KV("hello", "你好"));
	dict.insert(D_KV("fine", "我好"));
	dict.insert(D_KV("nice", "很好"));
	dict.insert(D_KV("no", "不好"));
	dict.insert(D_KV("OK", "好"));
	DICT::iterator it = dict.find("hello");
	if (it != dict.end())
	{
		cout << it->second << endl;
		string& str = it->second;
		str.insert(0, "{");
		str += "}";
		cout << str << endl;
	}
}
 
void test_map3()
{
	//也可以从文件当中去读！！文件操作！！！
	string arr[] = { "苹果","苹果" ,"苹果", "西瓜","梨子","西瓜","榴莲","香蕉","香蕉","苹果" };
	map<string, int> mp;
	/*for (const auto& str : arr)
	{
		map::iterator it = mp.find(str);
		if (it != mp.end())
		{
			it->second++;
		}
		else
		{
			mp.insert(pair(str, 1));
		}
	}*/
	//统计次数的方式1
	/*for (const auto& e : arr)
	{
		pair::iterator, bool> ret = mp.insert(pair(e, 1));
		if (ret.second == false)
		{
			ret.first->second++;
		}
	}*/
	//统计方式2
 
 
//	下面是统计方式3
	for (const auto& e : arr)
	{
		mp[e]++;   //[]的返回值为mapped_value，第一个返回值为一个iterator的迭代器，第二个为一个bool类型的值。
	}
	for (const auto& e : mp)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
 
	map<string, string> dic;
	dic.insert(make_pair("insert", "插入"));
	dic["left"];        //插入
	dic["left"] = "左边";  //修改
	dic["right"] = "右边"; //插入+修改
	dic["left"] = "左边、剩余";
	 //mapped_value& operator[](const key_value& K)
	//{ return (this->insert(make_pair(K,mapped_value())).first).second}
}
 
void test_map4()
{
	string arr[] = { "苹果","苹果" ,"苹果", "西瓜","梨子","西瓜","榴莲","香蕉","香蕉","苹果" };
	map<string, int> mp;
	for (const auto& e : arr)
	{
		mp[e]++;   //[]的返回值为mapped_value，第一个返回值为一个iterator的迭代器，第二个为一个bool类型的值。
	}
	//假设需要对水果次序排序
	vector<map<string, int>::iterator> vp;            //我们用迭代器的目的，就是为了减少拷贝，深拷贝很浪费时间
	map<string, int>::iterator it = mp.begin();
	while (it != mp.end())
	{
		vp.push_back(it);
		it++;
	}
	sort(vp.begin(), vp.end(), Comp());
 
	//也可以直接利用map排序        存在拷贝问题   拷贝了pair数据
	map<int, string,greater<int>> mmp;
	for (const auto& e : mp)
	{
		mmp.insert(make_pair(e.second, e.first));
	}
	set<map<string, int>::iterator, Comp> SortSet;  //也可以利用set去排
	while (it != mp.end())
	{
		SortSet.insert(it);
		it++;
	}
	typedef map<string, int>::iterator M_IT;
 
	priority_queue<M_IT, vector<M_IT>, Comp> pq;
 
 
	while (it != mp.end())
	{
		pq.push(it);
		it++;
	}
}
 
void test_map5()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("left", "还是左边"));
 
	multimap<string, string> mdict;
	mdict.insert(make_pair("left", "左边"));    //允许键值冗余；不存在[]
	mdict.insert(make_pair("left", "还是左边"));
 
}

3-3、multiset

multiset的文档
文档翻译：

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$O(lo{g}_{2}N)$
7. multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset的使用：
此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，可参考set

#include 

void TestSet()
{
  int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };
 // 注意：multiset在底层实际存储的是的键值对
 multiset<int> s(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));
 for (auto& e : s)
 cout << e << " ";
 cout << endl;
 return 0;
}

3-4、multimap

multimap的文档
文档翻译：

1. 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。
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。

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的使用：

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

1. multimap中的key是可以重复的。
2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
3. multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?——因为multimap可以存在多给key相同的键值对，那么一个key就对应了多个value值，不能够找到我们想要的那个value)。
4. 使用时与map包含的头文件相同

4、总结

本期内容比较少，只是学会怎么使用set和map，有前面知识，学起来很轻松，后面内容会有较大的坡度提升！