map&set——C++

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
数据与数据之间有很强的关联关系，底层是红黑树

 

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

 

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。

 

3.1 set

3.1.1 set的介绍

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?)
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

 

3.1.2迭代器+范围for

void test_set()
{
初始化方式
1
//set s;
//s.insert(4);
//s.insert(2);
//s.insert(1);


//2——调的是C++11新增的构造 initializer_list il
/*set s = { 1, 2, 1, 6, 3, 8, 5 };*/

//3——迭代器区间
int a[] = { 1, 2, 1, 6, 3, 8, 5 };
set<int> s(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));


//set> s(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));


// 排序 + 去重
//迭代器
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
//*it = 10;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;

for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
 }
 
 int main()
 {
     test_set();
     return 0; 
 }

 

默认是升序排序

降序排序：
反向迭代器
改变树的结构

只允许增删查，不允许改

 
 

3.1.3 erase

删除数

 
 

删除一个位置

 
 

两种删除方式的区别：

s.erase(30);
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

set<int>::iterator pos = s.find(50);
if (pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}

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

没有存在的数，就不会删除
1.有就删，没有不删，也不报错
2.确定这个数在不在，在就删，不在会有提示

 
 

3.1.4count

简单的找在不在

其实是为了保持兼容
 
 

3.1.5 low and up

lower_bound 返回的是大于等于val
upper_bound 返回的是小于val

void test_set2()
{
std::set<int> myset;
std::set<int>::iterator itlow, itup;

for (int i = 1; i < 10; i++) 
myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

itlow = myset.lower_bound(25); // >= val
itup = myset.upper_bound(60);  // > val             //
cout << "["<<*itlow <<","<<*itup<<"]"<<endl;

myset.erase(itlow, itup);                     // 10 20 70 80 90

std::cout << "myset contains:";
for (std::set<int>::iterator it = myset.begin(); it != myset.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';


}

int main()
{
test_set2();

return 0;
}

 

左闭右开

std::set<int> myset;

for (int i = 1; i <= 5; i++) myset.insert(i * 10);   // myset: 10 20 30 40 50

std::pair<std::set<int>::const_iterator, std::set<int>::const_iterator> ret;
ret = myset.equal_range(40); // xx <= val < yy

std::cout << "the lower bound points to: " << *ret.first << '\n';
std::cout << "the upper bound points to: " << *ret.second << '\n';

 

 

3.1.6 multiset

允许间值冗余，不会去重

void test_set3()
{

int a[] = { 3, 1, 2, 1, 6, 3, 8, 3, 5, 3 };
multiset<int> s(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));

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


}

int main()
{
test_set3();

return 0;
}

 

区别：
1.count就不只是返回在不在了，而是返回查找数的个数

 

2. find

想要找第二个3：找到第一个再++就可以了

 

3.erase

 

删对应的那一个

 

3.2 map

与set几乎是类似的
是一个双向迭代器

3.2.1map的介绍

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; std::pair template struct pair; std::make_pair 构造一个匿名的pair返回
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))。

 

3.2.2 map的使用

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

 

3.2.3map的实现

字典

void test_map1()
{
map<string, string> dict;
/*pair kv1("sort", "排序");
dict.insert(kv1);*/

dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
dict.insert(pair<string, string>("test", "测试"));
dict.insert(pair<string, string>("string", "字符串"));
typedef pair<string, string> DictKV;
dict.insert(DictKV("string", "xxx"));
dict.insert(make_pair("left", "左边"));

//map::iterator it = dict.begin();
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
//cout << (*it).first << (*it).second <
cout << it->first << it->second << endl;
++it;
}
cout << endl;

for (const auto& kv : dict)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
cout << endl;
}

int main()
{
test_map1();

return 0;
}

 

统计次数

第一种方法

#include
#include 
#include 
using namespace std;

//统计次数
void test_map1()
{
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };

//第一种方法
map<string, int> countMap;
for (auto& str : arr)
{
//迭代器可读可写
map<string, int>::iterator it = countMap.find(str);
if (it != countMap.end())
{
//1.
//(*it).second++;
//2.结构体指针——箭头
it->second++;
}
else
{
//不在的水果就是第一次出现
countMap.insert(make_pair(str, 1));
}
}




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


}

int main()
{
test_map1();

return 0;
}

 

第二种方法：operator[]
（用得更多更简单）
功能：
map中有这个key，返回value的引用（查找、修改value）
map中没有这个key，会插入一个pair（key，V());匿名对象 返回value的引用（插入+修改）

//字典
map<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
dict["insert"];//插入
dict["insert"] = "插入";//查找+修改
dict["left"] = "左边";//插入+修改

at（）只支持查找+修改

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

 

给一个key返回val的引用

void test_map1()
{
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };

map<string, int> countMap;
for (auto& str : arr)
{
// 1、str不在countMap中，插入pair(str, int()),然后在对返回次数++
// 2、str在countMap中，返回value(次数)的引用，次数++;
countMap[str]++;
}

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


}

int main()
{
test_map1();

return 0;
}

答案都是一样的
 

[]的底层实现

调用了一个insert

mapped_type& operator[](const key_type& k)
{
    return (*((this->insert)(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second;
}

insert的返回值：返回了一个pair
pair val

pair<itertor,bool> insert (const calue_type& val);

bool：
已经有了不插入——false
没有需要插入——true

查找作用
key已经在map中，返回pair（key——iteratior，false）；
key不在map中，返回pair（new_key_iterator,true);

V& operator[](const K& key)
{
    pair<ierator,bool> ret = insert(make_pair(key,V()));
    return ret.first->second;
}

 

【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$O(lo{g}_{2}N)$
支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找

 
 

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介绍

[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

 

3.2.2 multiset的使用

#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

3.4.1 multimap的介绍

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 value>，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

 

3.4.2 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?——允许键值冗余，不知道具体返回的是哪个)。
4.使用时与map包含的头文件相同：

multimap<string, string> mdict;
mdict.insert(make_pair("sort", "排序"));
mdict.insert(make_pair("left", "左边"));
mdict.insert(make_pair("left", "左边"));
mdict.insert(make_pair("left", "剩余"));

不管有没有都插入key