深入浅出C++ ——map类深度剖析

一、map类介绍

   map是 C++ STL 中提供的容器，map是数学上的映射，其具有唯一性，即每个pair(key,value)只出现一次，而 multimap 则是可重复映射，两者的内部实现是一棵红黑树，它们支持的函数基本相同。

官方文档

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;
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))。

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map的特点

1. map中的的元素是键值对。
2. map中的key是唯一的，并且不能修改。
3. 默认按照小于的方式对key进行比较。
4. 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。
5. map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高 $O(lo{g}_{2}N)$。
6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

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二、map的使用

map模板的参数

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

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map的构造函数

函数名称	功能说明
map(class Key,class T,class T,class Alloc = allocator)	构造一个空的map

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map的迭代器

函数名称	功能说明
begin()和end()	begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()	与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和–操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend()	与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改

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map的容量与元素访问

函数名称	功能说明
bool empty ( ) const	检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k)	返回去key对应的value

  在元素访问时，有一个与operator[ ]类似的操作at( )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。

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map中元素的修改

函数名称	功能说明
pair insert ( const value_type& x )	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map& mp )	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x)	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x )	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

  set修改value_type是The first template parameter(T)，map修改value_type是pair

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应用实例

#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

void test_map()
{
	// map的构造
	map<string, string>dic;
	// map的插入
	// 先构造一个pair，再插入到map中
	pair<string, string>kv1("list", "链表");
	dic.insert(kv1);

	// 调用匿名对象插入
	dic.insert(pair<string, string>("vector", "顺序表"));

	// 插入的时候只看key，key相同就无法插入
	dic.insert(pair<string, string>("vector", "xxx"));

	// make_pair是一个函数模板，可以自动推导参数类型，构造一个匿名对象内进行放回
	dic.insert(make_pair("sort", "排序"));		// make_pair 一般会定义为inline，没有开辟栈帧的消耗，建议使用这种方式
	dic["insert"];			//插入
	dic["insert"] = "插入";	//查找+修改
	dic["left"] = "左边";	//插入+修改

	// map的遍历
	auto it = dic.begin(); //map::iterator it
	while (it != dic.end())
	{
		//cout << (*it).first  << ":" << (*it).second << endl;
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		// cout << it->->first 本来应该是这样，编译器省略了一个-> ; it-> 返回的是pair的指针
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 范围for遍历
	for (const auto& e : dic)
	{
		// 这里e是pair的对象
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}


	// 统计次数
	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;
	// 统计次数1：先看在不在，再就++次数，不在就插入
	for (auto& str : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = countMap.find(str);
		if (it != countMap.end())
		{
			it->second++; // (*it).second++
		}
		else
		{
			countMap.insert(make_pair(str, 1));
		}
	}
	auto it1 = countMap.begin();
	while (it1 != countMap.end())
	{
		cout << it1->first << ":" << it1->second << endl;
		++it1;
	}
	cout << endl; 

	// 统计次数2：[]
	/*1、map有key，返回value的引用												 （查找+修改value）
	2、map中没有key，插入一个新元素pair(key,V()) （V()是v的匿名对象），返回value的引用（插入+修改）*/

	for (auto& str : arr)
	{
		//1、str不在countMap中，插入pair(str,int())，value调用int的默认构造，然后再对返回次数++
		//2、str在countMap中，返回value（次数）的引用，次数++
		countMap[str]++;
	}
	auto it3 = countMap.begin();
	while (it3 != countMap.end())
	{
		cout << it3->first << ":" << it3->second << endl;
		++it3;
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	test_map();
	return 0;
}

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三、multimap

官方文档

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，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。

  multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。

1. 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。
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
4. 使用时与map包含的头文件相同

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应用实例

void muti_lmap()
{
	multimap<string, string> mdic;				//允许键值冗余，不能用来统计次数
	mdic.insert(make_pair("vector", "顺序表"));
	mdic.insert(make_pair("list", "链表"));
	mdic.insert(make_pair("vector", "顺序表"));
	mdic.insert(make_pair("list", "链表"));
	auto it = mdic.begin();
	while (it != mdic.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	muti_lmap();
	return 0;
}