C++STL——map/multimap容器详解

纵有疾风起，人生不言弃。本文篇幅较长，如有错误请不吝赐教，感谢支持。

一.对组（pair）

在STL中有些容器的元素是一种叫pair的数据结构。

对组(pair)是类模板，对组(pair)将一对值组合成一个值，一般用于表示key/value数据，这一对值可以具有不同的数据类型，两个值可以分别用pair的两个公有属性first和second访问。其实现是结构体。

什么是key/value?
在日常生活中，有很多数据集，不管什么样的数据集都可以用key/value表示，key也叫键值，value也叫实值。

• 例如：QQ号是key,生日年龄等级昵称都是value。
  
• 全国人口数据，身份证号是key，性别出生日期都是value
  

key的特点是不会重复，我们的QQ号身份证号肯定不会重复，value可以是一个数据项也可以是多个数据项。

pair结构模板的定义如下：

template <class T1, class T2>
struct pair 
{ 
    T1 first;     // 第一个成员，一般表示key。
    T2 second;  // 第二个成员，一般表示value。
	pair();       // 默认构造函数。
	pair(const T1 &val1,const T2 &val2);   // 有两个参数的构造函数。
	pair(const pair<T1,T2> &p);           // 拷贝构造函数。
	void swap(pair<T1,T2> &p);           // 交换两个pair。
};

make_pair函数模板的定义如下：

template <class T1, class T2>
make_pair(const T1 &first,const T2 &second)
{
	return pair<T1,T2>(first, second);
}

实例：对组pair的使用

#include 
using namespace std;
void test()
{
	//第一种方法创建一个对组
	pair<string, int> pair1(string("强风吹拂"), 20); // 有两个参数的构造函数。
	cout << pair1.first << endl; //访问pair第一个值
	cout << pair1.second << endl;//访问pair第二个值
	//第二种
	pair<string, int> pair2 = make_pair("king", 20);//make_pair函数创建pair对组，make_pair会返回一个临时的pair
	cout << pair2.first << endl;
	cout << pair2.second << endl;
	//pair=赋值
	pair<string, int> pair3 = pair2;
	cout << pair3.first << endl;
	cout << pair3.second << endl;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

运行结果：

二.map/multimap基本概念

map的特性是，所有元素都会根据元素的键值key自动排序。map所有的元素都是pair,同时拥有键值key和实值value，pair的第一元素被视为键值key，第二元素被视为实值value，map不允许两个元素有相同的键值。map和multimap都都封装了红黑树（平衡排序二叉树），用于查找。

map容器的迭代器：
红黑树采用二叉链表实现，所以map能提供了双向迭代器。

二叉链表：                               
struct BTNode                        
{                                  
   	pair<K,V> p;       // 键值对。      
	BTNode *parent;   // 父节点。   
	BTNode *lchirld;    // 左子树。 
	BTNode *rchild;    // 右子树。 
};                           

我们可以通过map的迭代器改变map的键值吗？答案是不行，因为map的键值关系到map元素的排列规则，任意改变map键值将会严重破坏map组织。如果想要修改元素的实值，那么是可以的。
multimap和map的操作类似，唯一区别multimap键值可重复。
map类模板的声明：

template <class K, class V, class P = less<K>, class _Alloc = allocator<pair<const K, V >>>
class map : public _Tree<_Tmap_traits< K, V, P, _Alloc, false>> 
{
   	… 
}

• 第一个模板参数K：key的数据类型（pair.first）。
• 第二个模板参数V：value的数据类型（pair.second）。
• 第三个模板参数P：排序方法，缺省按less升序。
• 第四个模板参数_Alloc：分配器，缺省用new和delete。

三.map容器常用操作

①map构造函数

注：使用map/multimap容器时，需包含头文件#include
关于构造函数，我们只要知道如何创建一个空的map容器即可，然后往容器中插入数据。插入数据的方法在后面演示。

函数原型	解释
map mapTT;	map默认构造函数:，T1为key的数据类型，T2为value的数据类型
map(const map &mp);	拷贝构造函数，T1和T2应和mp相同。

②map迭代器获取

map能提供了双向迭代器。

获取正向迭代器iterator：

函数原型	解释
iterator begin();	返回指向开始位置的迭代器，iterator是正向迭代器。只能使用++运算符从左向右遍历容器，每次沿容器向右移动一个元素。
const_iterator begin();	返回指向开始位置并且为常量的迭代器
const_iterator cbegin();	返回指向开始并且为常量的迭代器，const_iterator 常正向迭代器。函数作用：配合auto使用。
iterator end();	返回指向末尾元素的下一个位置的迭代器
const_iterator end();	返回指向末尾元素的下一个位置并且为常量的迭代器
const_iterator 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，函数作用：配合auto使用。

获取反向迭代器reverse_iterator：

函数原型	解释
reverse_iterator rbegin();	返回反向迭代器，指向末尾元素下一个位置，操作都是往相反反向，reverse_iterator 为反向迭代器。
const_reverse_iterator crbegin();	返回反向迭代器，指向末尾元素下一个位置，操作都是往相反反向，并且为常量属性，const_reverse_iterator 常反向迭代器。
reverse_iterator rend();	返回反向迭代器，指向开头元素的位置，操作都是往相反反向
const_reverse_iterator cre nd();	返回反向迭代器，指向开头元素的位置，操作都是往相反反向，并且为常量属性

迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：
对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；
而对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。

注意：begin函数和cbegin函数都可以返回const_iterator，那么为什么要两个函数呢？
因为begin函数有重载，无法配合auto（自动推导数据类型）使用，所以才多出一个cbegin函数。

③map赋值操作

函数原型	解释
map&operator=(const map &mp);	重载等号操作符
swap(mp);	交换两个集合容器

④map大小操作

函数原型	解释
size();	返回容器中元素的数目
empty();	判断容器是否为空

⑤map插入数据元素操作(重点)

函数原型	解释
void insert(…);	用统一初始化列表在容器中插入多个元素。
pair insert(…);	往容器插入一个元素，返回pair，pair.first是已插入元素的迭代器，pair.second是插入结果。
void insert(iterator first,iterator last);	用迭代器插入一个区间的元素,有的可能成功，有的可能失败，所以返回值为void

实例：map插入数据元素操作

#include 
using namespace std;
#include //包含头文件
void test()
{
	map<string, string> m;
	//void insert(……)函数举例,
	m.insert({ pair<string,string>("08","亚索"),make_pair("03", "瑟提"),map<string, string>::value_type("01","德莱文") ,{"04","卢锡安"} });
	//pair insert(…);函数举例

	map<string, string> m2;
	// 第一种 通过创建pair匿名对象的方式插入对象
	auto ret = m2.insert(pair<string, string>("12", "斯维因"));
	if (ret.second)
	{
		cout << "插入成功" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "插入失败" << endl;
	}

	// 第二种 通过make_pair的方式插入对象，make_pair会返回一个临时对象
	m2.insert(make_pair("05", "皇子"));

	// 第三种 通过value_type的方式插入对象
	m2.insert(map<string, string>::value_type("14", "塞恩"));

	// 第四种 通过数组的方式插入值
	m2["09"] = "强风吹拂king";//[]中括号内是键值

	for (auto& val : m)
	{
		cout << val.first << "," << val.second << "  ";
	}
	cout << endl;
	for (auto& val : m2)
	{
		cout << val.first << "," << val.second << "  ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

⑥元素操作

函数原型	解释
operator[key]；	用给定的key访问元素。
at(key);	用给定的key访问元素。

注意：
①[ ]运算符：如果指定键值不存在，会向容器中添加新的键值对，并且value为空。如果指定键值存在，则读取或修改容器中指定键的值。
②at()成员函数：如果指定键值不存在，不会向容器中添加新的键值对，而是直接抛出out_of_range 异常。

实例：元素操作

#include 
using namespace std;
#include //包含头文件
void test()
{
	map<string, string> m({ { "08","亚索" }, { "03","伊泽瑞尔" }, { "01","寒冰" }, { "07","猪妹" }, { "05","德莱文" } });

	cout << "m[08]=" << m["08"] << endl; // 显示key为08的元素的value。
	cout << "m[09]=" << m["09"] << endl; // 显示key为09的元素的value。key为09的元素不存在，将添加新的键值对。并且value为空。
	m["09"] = "大头";
	m["07"] = "女皇"; // 把key为07的元素的value修改为女皇。
	m["12"] = "强风吹拂king";  // 通过[]将添加新的键值对。

	for (auto& val : m)
	{
		cout << val.first << "," << val.second << "  ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

⑦map删除操作

函数原型	解释
clear();	删除所有元素
erase(pos);	删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(beg,end);	删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。
erase(keyElem);	删除容器中键值key为keyElem的对组。

⑧map查找操作

函数原型	解释
find(key);	查找键key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回map.end();
count(keyElem);	返回容器中key为keyElem的对组个数。对map来说，要么是0，要么是1。对multimap来说，值可能大于1。
lower_bound(keyElem);	返回一个指向当前 map容器中第一个大于或等于keyElem 的元素的双向迭代器。如果 map容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器，若不存在，返回map.end();
upper_bound(keyElem);	返回一个指向当前 map容器中第一个大于keyElem 的元素的迭代器。如果 map 容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。若不存在，返回map.end();
equal_range(keyElem)	该方法返回一个 pair 对象（包含 2 个双向迭代器），其中 pair.first 和 lower_bound() 方法的返回值等价，pair.second 和 upper_bound() 方法的返回值等价。也就是说，该方法将返回一个范围，该范围中包含的值为keyElem 的元素（map容器中各个元素是唯一的，因此该范围最多包含一个元素）。若不存在，返回map.end();

实例：map查找操作

#include 
using namespace std;
#include //包含头文件
void test()
{
	map<string, string> m({ { "08","亚索" }, { "03","伊泽瑞尔" }, { "01","寒冰" }, { "07","猪妹" }, { "05","德莱文" } });
	for (auto& val : m)
	cout << val.first << "," << val.second << "  ";
	cout << endl;

	// 在map容器中查找键值为key的键值对，如果成功找到，则返回指向该键值对的迭代器；失败返回end()。
	auto it1 = m.find("05");
	if (it1 != m.end())
	{
		cout << "查找成功：" << it1->first << "," << it1->second << endl;
	}
	else
	{
		cout << "查找失败。\n";
	}

	//lower_bound返回一个指向当前 map容器中第一个大于或等于keyElem 的元素的双向迭代器。
	//如果 map容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器若不存在，返回map.end();
	auto it2 = m.lower_bound("05");
	if (it2 != m.end())
	{
		cout << "lower_bound()查找成功：" << it2->first << "," << it2->second << endl;
	}
	else
	{
		cout << "lower_bound()查找失败。\n";
	}


	//upper_bound返回一个指向当前 map容器中第一个大于keyElem 的元素的迭代器。
	//如果 map 容器用 const 限定，则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。若不存在，返回map.end();
	auto it3 = m.upper_bound("05");
	if (it3 != m.end())
	{
		cout << "upper_bound()查找成功：" << it3->first << "," << it3->second << endl;
	}
	else
	{
		cout << "upper_bound()查找失败。\n";
	}


	//equal_range返回一个 pair 对象（包含 2 个双向迭代器），其中 pair.first 和 lower_bound() 方法的返回值等价
	// pair.second 和 upper_bound() 方法的返回值等价。若不存在，返回map.end();
	//返回大于等于05的两个最小的数的迭代器，如果有05那么就返回05的迭代器和大于05的最小数的迭代器
	//用对组的方式存储起来
	auto ret = m.equal_range("05");
	if(ret.first!=m.end())
	{
		cout << "equal_range查找成功：" << endl;
		cout << ret.first->first << ret.first->second << endl;
		cout << ret.second->first << ret.second->second << endl;
	}
	else
	{
		cout << "equal_range查找失败。\n";
	}

	//	统计map容器中键值为key的键值对的个数。
	cout << "count(05)=" << m.count("05") << endl;   // 返回1。
	cout << "count(06)=" << m.count("06") << endl;   // 返回0。
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}