C++ STL——map和set的使用

1. 关联式容器

我们之前学的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。

1.1 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。

1.2 树形结构的关联式容器

根据应用场景的不同，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。

2. set

2.1 set的介绍

set的模板参数说明：
第一个参数是set中存放元素的类型，实际在底层存储的键值对，第二个是一个比较器(默认小于)，第三个是一个空间适配器(以后再说)。

解释说明：
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在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

当我们想用二叉搜索树key模型时就可以使用set了。

2.2 set的插入

set里面重定义的key_type和value_type代表的是T

使用如下：

我们可以看出：打印出来的结果是经过排序和去重的。set的插入迭代器不会发生失效问题。

2.3 set的删除和查找

这里删除的第二个函数的返回值意思是：你成功删除了多少个。因为这个set里面是去重的，而后面有一个不去重的版本。

要删除前，我们需要一个函数查找：

我们来看一下它的返回值：

找到了就返回位置的迭代器，没找到就返回迭代器的end()。这个set里面的find函数时间复杂度是O(logN)，而在算法里有一个暴力查找的时间复杂度是O(N)。

使用如下：

2.4 lower_bound和upper_bound

这个函数是什么意思呢？我们来看下面的代码：

从结果我们来看：返回>= val位置迭代器 。3返回3位置 ，6 返回7位置。
这个函数的应用场景可以删除>=x的所有值：


那么upper_bound是什么情况呢？

返回>val位置迭代器 。3返回4位置 ，6返回7位置。

3. multiset

它和set包含的是同一个头文件。不同的区别是：它插入的数据可以重复。

3.1 count

这个count函数是统计这个树里有多少个。set也有这个函数，但是set是不重复的，所以只会出现0或1。而这个multiset是可以重复的，那么erase函数的返回值也有作用了。

然后multiset的find函数它找的是中序遍历的第一个结点的迭代器。

4. map

4.1 map的介绍

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。

解释说明：
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通常用于排序和唯一标识元素，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. 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。
4. 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))。

如果我们想使用KV模型的时候，我们可以使用map(防重复)。

4.2 map的插入

map里面重定义的value_type是一个结构pair。我们可以看一下这个pair在STL里面是怎么定义的：

使用如下：

这是三种构造方式。make_pair是一个函数模板：

使用这个函数我们就不需要写参数了。

返回值的意义：

这句话的意思是：返回一个pair，第一个参数first被设置成一个迭代器指向新插入的位置，如果key存在，那么就指向已经存在位置的迭代器。第二个参数second，如果成功插入返回真，如果key存在返回假。

4.3 map的遍历

从这里我们可以看出迭代器it不能直接解引用。因为这里我们是用pair这个结构体把key和value包含在一起了。所以这里的*it是pair这个结构体。我么可以这样：

如果使用auto，我们需要这样写：

4.4 map的[ ]

之前我们写过统计一个东西出现的次数，那么这里我们也可以使用map了。

然后根据我们学的insert返回值，其实我们可以再优化一下。因为如果我们插入一个不存在的时候，find会查找一遍。然后进入else时，insert又会查找一遍。我们可以这样改：

那么方括号[ ]，我们可以这样使用：

这是为什么？我们先来看一下map的[ ]：


这里的key_type是string，mapped_type是int。源码如下：

这个mapped_type()是value的匿名构造。然后就是调用了insert，它的返回值是pair，调用了first就是iterator，解引用后调用second就是value。如果我们要插入的key在map中，我们可以查找并修改value。因为它的返回值是引用。如果我们要插入的key不在map中，我们可以插入并修改value。

5. multimap

它和map包含的是同一个头文件。不同的区别是：它插入的数据可以重复。
相比map，multimap最大的区别是它不接受方括号的使用。

可以看出插入的返回值也不是pair了，而是新插入位置的迭代器。