C++容器篇，unordered_map和unordered_set容器
C++容器——unordered_set和unordered_map容器
1. unordered系列关联式容器
在C++98中，STL提供了以红黑树为底层结构的关联容器，在查找时的效率可以达到O(log_2(n))，当树的结点非常多的时候，查找的效率也不离校。因此在C++11，STL有提供了四个unordered系列的关联式容器，这些容器的底层是哈希桶，查找的效率可以达到常数级别。
2. unordered_map
2.1 unordered_map的介绍
unordered_map的参考文档
- unordered_map是存储
- 在内部，unordered_map没有进行任何特定的顺序排序，这是因为底层的数据结构所导致的。
- unordered_map通过key访问单个元素要比map快，它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
- 它也是重载了
(operator [])运算符，通过将key作为下标访问对应的value值。 - 它的迭代器至少是前向迭代器。
2.2 unordered_map的使用
unordered_map必须包含头文件#include ，并且属于std命名空间里面。
#include 其实unordered_map与map的区别并不大，主要是底层使用的数据结构的不同，导致效率和顺序性有所差异。
2.2.1 unordered_map的定义
| 构造函数 | 接口说明 |
|---|---|
| unordered_map(); | 无参构造 |
- 第一个是无参构造，构造一个空的unordered_map，传入的模板参数有key，value的类型，比较器的类型（默认是less）。
2.2.2 unordered_map的迭代器
unordered_map不存在反向迭代器，因为存入到容器中的数据顺序是乱序的，因此没有办法从最后一个位置向前遍历。
| 迭代器的使用 | 使用说明 |
|---|---|
| begin() | 返回指向开始位置的迭代器 |
| end() | 返回指向末尾元素的下一个位置的迭代器 |
| cbegin() | 返回指向开始并且为常量的迭代器 |
| cend() | 返回指向末尾元素的下一个位置的并且为常量的迭代器 |
2.2.3 unordered_map的容量
| 容量说明 | 接口说明 |
|---|---|
| size | 获取容器中实际的个数 |
| empty | 判断是否为空 |
2.2.4 unordered_map的元素访问
| 函数 | 接口说明 |
|---|---|
| mapped_type& operator[](const key_type& k) | 获取key对应的value值，如果key存在，则无需插入到unordered_map中，直接返回key对应的value值，如果key不存在，会将对应的key和value值插入到unordered_map中。 |
2.2.5 unordered_map的修改和查询
| 增删改查 | 接口说明 |
|---|---|
| pair insert(const value_type& x) | 在unordered_map中插入键值对新插入位置的迭代器,true，否则返回，key对应位置的迭代器,false。 |
| erase(iterator pos) | 删除unordered_map中pos位置的元素。 |
| erase(const value_type& x) | 删除unordered_map中键值对为x的元素 |
| swap(unordered_map& m) | 交换unordered_map中的元素 |
| find(const key_type& x) | 在unordered_map中查找key为x的元素，找到返回该元素位置的迭代器，找不到返回end() |
| count(const key_type& x) | 返回unordered_map中key值为x的元素的个数 |
| clear | 清除unordered_map的元素 |
2.2.6 unordered_map的桶操作
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| size_t bucket_count() const | 返回哈希桶中桶的总个数 |
| size_t bucket_size(size_t n) const | 返回n号桶中有效元素的总个数 |
| size_t bucket(const K& key) | 返回元素key所在的桶号 |
3. unordered_set
参考：
unordered_set的参考文档
4. 在线OJ
重复n次的元素
class Solution
{
public:
int repeatedNTimes(vector<int>& A)
{
size_t N = A.size()/2;
// 用unordered_map统计每个元素出现的次数
unordered_map<int, int> m;
for(auto e : A)
m[e]++;
// 找出出现次数为N的元素
for(auto& e : m)
{
if(e.second == N)
return e.first;
}
}
};
两个数组的交集I
class Solution
{
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2)
{
// 用unordered_set对nums1中的元素去重
unordered_set<int> s1;
for (auto e : nums1)
s1.insert(e);
// 用unordered_set对nums2中的元素去重
unordered_set<int> s2;
for (auto e : nums2)
s2.insert(e);
// 遍历s1，如果s1中某个元素在s2中出现过，即为交集
vector<int> vRet;
for (auto e : s1)
{
if (s2.find(e) != s2.end())
vRet.push_back(e);
}
return vRet;
}
};
两个数组的交集II
class Solution {
public:
vector<int> intersect(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
unordered_map<int,int> count{};
vector<int> result;
for(auto num1 : nums1)
{
count[num1]++;
}
for(auto num2 : nums2)
{
if(count[num2] > 0)
{
result.push_back(num2);
count[num2]--;
}
}
return result;
}
};
存在重复元素
class Solution {
public:
bool containsDuplicate(vector<int>& nums) {
unordered_map<int,int> count;
for(auto num : nums)
{
++count[num];
if(count[num] >= 2)
return true;
}
return false;
}
};
两句话中不常见的单词
class Solution {
public:
vector<string> uncommonFromSentences(string s1, string s2) {
unordered_map<string, int> count;
vector<string> ret;
auto insert = [&](const string& s)
{
stringstream ss(s);
string word;
while(ss >> word)
{
++count[move(word)];
}
};
insert(s1);
insert(s2);
for(const auto& [word,occ] : count)
{
if(occ == 1)
ret.push_back(word);
}
return ret;
}
};
5. 模拟实现
因为这两个容器底层用到了哈希桶的数据结构，参考数据结构之哈希（C++实现）。
5.1 哈希表的改造
-
模板参数列表的改造
// K:关键码类型 // T: 不同容器T的类型不同，如果是unordered_map，T代表一个键值对，如果是 // unordered_set,T 为 K // KeyOfValue: 因为T的类型不同，通过value取key的方式就不同，详细见 // unordered_map/set的实现 // Hash: 哈希函数仿函数对象类型，哈希函数使用除留余数法，需要将Key转换为整形数字才能取模 template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT> class HashTable; -
增加迭代器操作
// 前置声明 template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT> class HashTable; template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT> struct __HashIterator { typedef HashNode<T> Node; typedef HashTable<K, T, Hash, KeyOfT> HT; typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> Self; Node* _node; HT* _pht; __HashIterator(Node* node, HT* pht) :_node(node) , _pht(pht) {} T& operator*() { return _node->_data; } T* operator->() { return &_node->_data; } Self& operator++() { if (_node->_next) { // 当前桶中迭代 _node = _node->_next; } else { // 找下一个桶 Hash hash; KeyOfT kot; size_t i = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_tables.size(); ++i; for (; i < _pht->_tables.size(); ++i) { if (_pht->_tables[i]) { _node = _pht->_tables[i]; break; } } // 说明后面没有有数据的桶了 if (i == _pht->_tables.size()) { _node = nullptr; } } return *this; } bool operator!=(Self& s) const { return _node != s._node; } bool operator==(Self& s) const { return _node == s._node; } }; -
增加通过key获取value的操作
template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT> class HashTable { typedef HashNode<T> Node; // 迭代器 template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT> friend struct __HashIterator; public: typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> iterator; iterator begin() { for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i) { if (_tables[i]) { return iterator(_tables[i], this); } } return end(); } iterator end() { return iterator(nullptr, this); } ~HashTable() { for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i) { Node* cur = _tables[i]; while (cur) { Node* next = cur->_next; delete cur; cur = next; } _tables[i] = nullptr; } } inline size_t __stl_next_prime(size_t n) { static const size_t __stl_num_primes = 28; static const size_t __stl_prime_list[__stl_num_primes] = { 53, 97, 193, 389, 769, 1543, 3079, 6151, 12289, 24593, 49157, 98317, 196613, 393241, 786433, 1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843, 50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457, 1610612741, 3221225473, 4294967291 }; for (size_t i = 0; i < __stl_num_primes; ++i) { if (__stl_prime_list[i] > n) { return __stl_prime_list[i]; } } return -1; } std::pair<iterator, bool> Insert(const T& data) { Hash hash; KeyOfT kot; // 去重 iterator ret = Find(kot(data)); auto ret_end = end(); if (ret != ret_end) { return std::make_pair(ret, false); } // 负载因子到1就扩容 if (_size == _tables.size()) { //size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : _tables.size() * 2; vector<Node*> newTables; //newTables.resize(newSize, nullptr); newTables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()), nullptr); // 旧表中节点移动映射新表 for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i) { Node* cur = _tables[i]; while (cur) { Node* next = cur->_next; size_t hashi = hash(kot(cur->_data)) % newTables.size(); cur->_next = newTables[hashi]; newTables[hashi] = cur; cur = next; } _tables[i] = nullptr; } _tables.swap(newTables); } size_t hashi = hash(kot(data)) % _tables.size(); // 头插 Node* newnode = new Node(data); newnode->_next = _tables[hashi]; _tables[hashi] = newnode; ++_size; return std::make_pair(iterator(newnode, this), true); } iterator Find(const K& key) { if (_tables.size() == 0) { return end(); } Hash hash; KeyOfT kot; size_t hashi = hash(key) % _tables.size(); Node* cur = _tables[hashi]; while (cur) { if (kot(cur->_data) == key) { return iterator(cur, this); } cur = cur->_next; } return end(); } bool Erase(const K& key) { if (_tables.size() == 0) { return false; } Hash hash; KeyOfT kot; size_t hashi = hash(key) % _tables.size(); Node* prev = nullptr; Node* cur = _tables[hashi]; while (cur) { if (kot(cur->_data) == key) { // 1、头删 // 2、中间删 if (prev == nullptr) { _tables[hashi] = cur->_next; } else { prev->_next = cur->_next; } delete cur; --_size; return true; } prev = cur; cur = cur->_next; } return false; } // .... private: std::vector<Node*> _tables; size_t _size = 0; // 存储有效数据个数 };
5.2 unordered_map模拟实现
namespace ming
{
template<class K, class V, class Hash = HashFunc<K>>
class unordered_map
{
struct MapKeyOfT
{
const K& operator()(const std::pair<K, V>& kv)
{
return kv.first;
}
};
public:
typedef typename HashBucket::HashTable<K, std::pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT>::iterator iterator;
iterator begin()
{
return _ht.begin();
}
iterator end()
{
return _ht.end();
}
pair<iterator, bool> Insert(const pair<K, V>& kv)
{
return _ht.Insert(kv);
}
V& operator[](const K& key)
{
pair<iterator, bool> ret = _ht.Insert(std::make_pair(key, V()));
return ret.first->second;
}
private:
HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT> _ht;
};
}
5.3 unordered_set模拟实现
#pragma once
#include "HashTable.h"
namespace ming
{
template <class K, class Hash = HashFunc<K>>
class unordered_set
{
struct SetKeyOfT
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
public:
typedef typename HashBucket::HashTable<K, K, Hash, SetKeyOfT>::iterator iterator;
iterator begin()
{
return _ht.begin();
}
iterator end()
{
return _ht.end();
}
pair<iterator, bool> insert(const K& key)
{
return _ht.Insert(key);
}
private:
HashBucket::HashTable<K, K, Hash, SetKeyOfT> _ht;
};
}