Day 27 C++ set/ multiset 容器，pair对组

set容器（集合）基本概念

定义

set 是 C++ 标准库中的一个容器，它实现了一个有序的、不重复的集合。每个元素在 set 中只能出现一次，并且按照一定的排序规则（默认排序规则为从小到大）进行排序。

特点

1. 有序性：set 中的元素是按照内部定义的排序规则进行排序的。默认情况下，元素按照升序进行排序，但也可以自定义排序规则。
2. 唯一性：set 中的元素是唯一的，重复的元素将会被自动过滤掉。在 set 中插入重复元素将不会改变集合的内容。
3. 底层数据结构：set 通常使用平衡二叉搜索树（红黑树）作为底层数据结构来实现有序性和唯一性的特性。这使得插入、查找和删除操作的平均时间复杂度都为 O(log n)。
4. 迭代器：可读迭代器，可以遍历 set 中的元素。迭代器按照元素的排序顺序依次访问集合中的元素。
5. 查找操作：set 提供了高效的查找操作。可以使用成员函数 find() 来查找特定的元素。由于 set 是有序的，这个操作的平均时间复杂度为 O(log n)。
6. 插入操作：可以使用成员函数 insert() 向 set 中插入元素。如果插入的元素已经存在，那么插入操作将被忽略。
7. 删除操作：可以使用成员函数 erase() 来删除 set 中的元素。可以指定要删除的元素或者通过迭代器删除元素。

set构造和赋值

构造

• set st; //默认构造函数：
• set(const set &st); //拷贝构造函数

赋值

• set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

总结

• set容器插入数据时用insert
• set容器插入数据的数据会自动排序(升序)

示例

#include 
#include 

int main() {
  // 默认构造函数
  std::set mySet; // 创建一个空的set容器

  // 拷贝构造函数
  std::set anotherSet(mySet); // 使用一个已存在的set容器创建另一个set容器

  // 插入数据
  mySet.insert(5);
  mySet.insert(2);
  mySet.insert(8);

  for (const auto& element : mySet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 重载等号操作符赋值
  anotherSet = mySet;

  for (const auto& element : anotherSet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  return 0;
}

输出
2 5 8
2 5 8

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set大小和交换

函数原型

• size(); //返回容器中元素的数目
• empty(); //判断容器是否为空
• swap(st); //交换两个集合容器

示例

#include 
#include 

int main() {
  std::set mySet;

  // 判断容器是否为空
  if (mySet.empty()) {
    std::cout << "Set is empty" << std::endl;
  } else {
    std::cout << "Set is not empty" << std::endl;
  }

  // 插入数据
  mySet.insert(5);
  mySet.insert(2);
  mySet.insert(8);

  // 返回容器中元素的数目
  std::cout << "Size of set: " << mySet.size() << std::endl;

  // 交换两个集合容器
  std::set anotherSet;
  anotherSet.insert(10);
  anotherSet.insert(20);

  mySet.swap(anotherSet);

  std::cout << "Elements in mySet after swapping: ";
  for (const auto& element : mySet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  std::cout << "Elements in anotherSet after swapping: ";
  for (const auto& element : anotherSet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  return 0;
}

输出
Set is empty
Size of set: 3
Elements in mySet after swapping: 10 20
Elements in anotherSet after swapping: 2 5 8

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set插入和删除

函数原型

• insert(elem); //在容器中插入元素。插入数据的同时会返回插入结果，表示插入是否成功
• clear(); //清除所有元素
• 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(elem); //删除容器中值为elem的元素。返回下一个元素的迭代器。如果删除的是最后一个元素或者删除了全部元素，则返回指向set容器中的末尾位置的迭代器。

示例

#include 
#include 

int main() {
  std::set mySet;

  // 插入元素并返回插入结果
  auto result = mySet.insert(1);
  if (result.second) {
    std::cout << "Insertion successful!" << std::endl;
  } else {
    std::cout << "Insertion failed!" << std::endl;
  }

  // 清除所有元素
  mySet.clear();

  // 插入一些元素
  mySet.insert(2);
  mySet.insert(3);
  mySet.insert(4);
  mySet.insert(5);

  // 删除指定位置的元素，并获取返回的下一个元素的迭代器
  auto it = mySet.erase(mySet.begin());
  std::cout << "After erasing the first element: ";
  for (const auto& element : mySet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 删除区间 [2, 4) 的所有元素，并获取返回的下一个元素的迭代器
  it = mySet.erase(mySet.find(2), mySet.find(4));
  std::cout << "After erasing elements in the range [2, 4): ";
  for (const auto& element : mySet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 删除值为 5 的元素，并获取返回的下一个元素的迭代器
  it = mySet.erase(5);
  std::cout << "After erasing the element with value 5: ";
  for (const auto& element : mySet) {
    std::cout << element << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

  // 输出返回的迭代器指向的元素
  if (it != mySet.end()) {
    std::cout << "Iterator points to: " << *it << std::endl;
  } else {
    std::cout << "Iterator points to end" << std::endl;
  }

  return 0;
}

输出
Insertion successful!
After erasing the first element: 3 4 5
After erasing elements in the range [2, 4): 5
After erasing the element with value 5:
Iterator points to end

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set查找和统计

函数原型

• find(key); //查找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set.end();
• count(key); //统计key的元素个数

示例

#include 
#include 

int main() {
  std::set mySet;

  // 插入一些元素
  mySet.insert(1);
  mySet.insert(2);
  mySet.insert(3);
  mySet.insert(4);
  mySet.insert(5);

  // 查找元素
  auto it = mySet.find(3);
  if (it != mySet.end()) {
    std::cout << "Element found: " << *it << std::endl;
  } else {
    std::cout << "Element not found" << std::endl;
  }

  // 统计元素个数
  int count = mySet.count(5);
  std::cout << "Number of elements with value 5: " << count << std::endl;
  return 0;
}

输出
Element found: 3
Number of elements with value 5: 1

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set容器排序

利用仿函数改变排序规则

#include 
#include 

// 仿函数，用于定义自定义比较函数
struct MyComparator {
    bool operator() (int a, int b) const {
        // 自定义的排序规则，按照绝对值从大到小排序
        return abs(a) > abs(b);
    }
};

int main() {
    // 使用自定义比较函数的 std::set
    std::set mySet;

    // 向 set 容器中插入元素
    mySet.insert(-5);
    mySet.insert(10);
    mySet.insert(-3);
    mySet.insert(8);

    // 输出 set 容器中的元素
    for (int num : mySet) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

输出
-3 -5 8 10

在上述示例中，通过定义 MyComparator 结构体作为仿函数，并重载 () 运算符来实现自定义的排序规则。在这个例子中，我们按照绝对值从大到小排序，然后将 MyComparator 作为第二个模板参数传递给 std::set，以改变排序规则。

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set存放自定义数据类型

#include 
#include 

class Person
{
public:
	Person(string name, int age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}

	string m_Name;
	int m_Age;

};
class comparePerson
{
public:
	bool operator()(const Person& p1, const Person &p2)
	{
		//按照年龄进行排序  降序
		return p1.m_Age > p2.m_Age;
	}
};

void test01()
{
	set s;

	Person p1("刘备", 23);
	Person p2("关羽", 27);
	Person p3("张飞", 25);
	Person p4("赵云", 21);

	s.insert(p1);
	s.insert(p2);
	s.insert(p3);
	s.insert(p4);

	for (set::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
		cout << "姓名： " << it->m_Name << " 年龄： " << it->m_Age << endl;
	}
}
int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

对于自定义数据类型，set必须指定排序规则才可以插入数据

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multiset容器（多重集合）

定义

multiset 是 C++ 标准库中的一个容器，它实现了一个有序的、可以包含重复元素的集合。与 set 不同的是，multiset 允许存储相同的元素，并且仍然按照一定的排序规则进行排序。（可以含有重复元素的set）

multiset 不支持随机访问，没有索引，不能跳跃访问 ，也不可以通过[]或者at方式访问数据。它是一个有序容器，元素存储在内部的平衡二叉搜索树中，按照指定的排序规则进行排序。

set和multiset异同

相同

• set/multiset都属于关联式容器，底层结构是用二叉树实现。
• 容器中，元素即为键值（key value），键值既是键，也是实际存储的值。键用于定义元素的排序顺序，决定了元素在容器中的位置。
• 都不能通过迭代器去修改元素，原因是修改元素会破坏容器组织。只能先删除再添加。
• 元素插入过程是按排序规则插入，所以不能指定插入位置。
• 不可以直接存取元素。（不可以使用at.(pos)与[]操作符）
• 它们对容器的操作方法几乎一模一样，容器特点也差不多一致

区别

• set不可以插入重复数据，而multiset不会检测数据，因此可以插入重复数据

示例

#include 

//set和multiset区别
void test01()
{
	set s;
	pair::iterator, bool>  ret = s.insert(10);
	if (ret.second) {
		cout << "第一次插入成功!" << endl;
	}
	else {
		cout << "第一次插入失败!" << endl;
	}

	ret = s.insert(10);
	if (ret.second) {
		cout << "第二次插入成功!" << endl;
	}
	else {
		cout << "第二次插入失败!" << endl;
	}
    
	//multiset
	multiset ms;
	ms.insert(10);
	ms.insert(10);

	for (multiset::iterator it = ms.begin(); it != ms.end(); it++) {
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

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总结

• 如果不允许插入重复数据可以利用set
• 如果需要插入重复数据利用multiset

pair对组

定义

pair 是 C++ 标准库提供的一个模板类，用来表示一对值（对组）。它可以包含任意两个值，并对这两个值进行组合，利用对组可以返回两个数据。

两种创建方式

• pair p ( value1, value2 );
• pair p = make_pair( value1, value2 );

示例

#include 

//对组创建
void test01()
{
	pair p(string("Tom"), 20);
	cout << "姓名： " <<  p.first << " 年龄： " << p.second << endl;

	pair p2 = make_pair("Jerry", 10);
	cout << "姓名： " << p2.first << " 年龄： " << p2.second << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}