C++之map，set，multimap，multiset的使用

关联式容器

在初阶阶段，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：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。

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。

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。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该英文单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

SGI-STL中关于键值对的定义：

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;
	T1 first;
	T2 second;
	pair() 
		: first(T1())
		, second(T2())
	{}
	pair(const T1& a, const T2& b) 
		: first(a)
		, second(b)
	{}
};

树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶，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。

set

set介绍

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容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代；
5. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

• 与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对
• value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由构成的键值对；
• set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对；
• set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)；
• 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列；
• set中的元素默认按照小于来比较；
• set中查找某个元素，时间复杂度为：logN；
• set中的元素不允许修改；
• set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现；

set的使用

set定义方式

方式1：构造某一类型空容器

set<int> s1; //构造int类型的空容器

方式2：拷贝构造某一set类型的容器

set<int> s2(s1); //拷贝构造int类型s1容器的复制品

方式3： 使用迭代器拷贝构造某一段内容。

string str("abcdef");
set<char> s3(str.begin(), str.end()); //构造string对象某段区间的复制品

方式4： 构造一个某类型的空容器，比较方式指定为大于。

set < int, greater<int>> s4; //构造int类型的空容器，比较方式指定为大于

set各种操作函数

普通成员函数：

成员函数	指定功能
insert	插入指定元素
erase	删除指定元素
find	查找指定元素
size	获取容器中元素的个数
empty	判断容器是否为空
clear	清空容器
swap	交换两个容器中的数据
count	获取容器中指定元素值的元素个数

迭代器成员函数：

成员函数	指定功能
begin	获取容器中第一个元素的正向迭代器
end	获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器
rbegin	获取容器中最后一个元素的反向迭代器
rend	获取容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器

使用示例：

#include
#include
using namespace std;

void Test_set1()
{
	int a[] = { 1, 2, 1, 6, 3, 8, 5 };
	//顺序+去重
	set<int> s1(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));//1,2,3,5,6,8
	//逆序+去重
	set<int, greater<int>> s2(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));//8,6,5,3,2,1

	set<int>::iterator it = s1.begin();
	//迭代器遍历
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	//范围for
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//反向迭代器遍历
	set<int>::reverse_iterator rit = s1.rbegin();
	while (rit != s1.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;
	//删除
	//1.直接删除
	s1.erase(3);
	//2.使用find查找删除
	set<int>::iterator pos = s1.find(1);
	if (pos != s1.end())
	{
		s1.erase(1);
	}
	//元素1的个数
	cout << s1.count(2) << endl;//1
	//计算有效元素个数
	cout << s2.size() << endl;//4
	//交换两个set容器
	set<int> s3{ 1,2,3,4,5 };
	s1.swap(s3);
}
int main()
{
	Test_set1();
	return 0;
}

multiset

multiset容器与set容器的底层实现一样，都是平衡搜索树（红黑树），其次，multiset容器和set容器所提供的成员函数的接口都是基本一致的，multiset容器和set容器的唯一区别就是，multiset允许键值冗余，即multiset容器当中存储的元素是可以重复的。

void Test_set2()
{
	int a[] = { 2,2,1,1,1,4,4,5,3,6,6 };
	multiset<int> s(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";//1 1 1 2 2 3 4 4 5 6 6
	}
	cout << endl;
	//1的数量
	cout << s.count(1) << endl;//3
	//删除所有1
	s.erase(1);//2 2 3 4 4 5 6 6

	//查找的是中序遍历的第一个1
	auto pos = s.find(2);
	if (pos != s.end())
	{
		s.erase(pos);
	}
}
int main()
{
	Test_set2();
	return 0;
}

我们要注意的是multiset中find函数查找的是中序遍历的第一个元素，erase函数是将要删除的元素全部删除，count函数是记录此元素的个数。

map

map的介绍

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))。

方式1： 指定key和value的类型构造一个空容器。

map<int, double> m1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器

方式2： 拷贝构造某同类型容器的复制品。

map<int, double> m2(m1); //拷贝构造key为int类型，value为double类型的m1容器的复制品

方式3： 使用迭代器拷贝构造某一段内容。

map<int, double> m3(m2.begin(), m2.end()); //使用迭代器拷贝构造m2容器某段区间的复制品

方式4： 指定key和value的类型构造一个空容器，key比较方式指定为大于。

map<int, double, greater<int>> m4; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器，key比较方式指定为大于

map的使用

insert函数

map的插入函数的函数原型如下：

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

insert函数的参数显示是value_type类型的，实际上value_type就是pair类型的别名：

typedef pair<const Key, T> value_type;

1. 构建匿名对象进行插入

map<string, string> dict;

dict.insert(pair<string, string>("left", "左边"));
dict.insert(pair<string, string>("right", "右边"));
dict.insert(pair<string, string>("mid", "中间"));
//范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//迭代器遍历
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
	cout << it->first << ":" << it->second << endl;
	it++;
}

2. 使用nake_pair模板函数进行插入：

在库当中提供以下make_pair函数模板：

template <class T1, class T2>
pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
	return (pair<T1, T2>(x, y));
}

map<string, string> dict;

dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("mid", "中间"));
//范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//迭代器遍历
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
	cout << it->first << ":" << it->second << endl;
	it++;
}

insert函数的返回值

insert函数的返回值也是一个pair对象，该pair对象中第一个成员的类型是map的迭代器类型，第二个成员的类型的一个bool类型，具体含义如下：

• 若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
• 若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

find函数

map的查找函数的函数原型如下：

iterator find (const key_type& k);

map的查找函数是根据所给key值在map当中进行查找，若找到了，则返回对应元素的迭代器，若未找到，则返回容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器。

map<string, string> dict;

dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("mid", "中间"));

map<string, string>::iterator pos = dict.find("left");
if(pos != dict.end())
{
	cout << pos->second << endl;//左边
}

erase函数

map的删除函数的函数原型如下：

//删除函数1
size_type erase (const key_type& k);
//删除函数2
void erase(iterator position);

我们既可以根据key值删除指定元素，也可以根据迭代器删除指定元素，若是根据key值进行删除，则返回实际删除的元素个数。

map<string, string> dict;

dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("mid", "中间"));

dict.erase("left");

map<string, string>::iterator pos = dict.find("right");
if (pos != dict.end())
{
	dict.erase("right");
}

[ ]运算符重载

[ ]运算符重载函数原型如下：

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

[ ]运算符重载函数的参数就是一个key值，而这个函数的返回值如下：

(*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second

实际上[ ]运算符重载实现的逻辑实际上就是以下三个步骤：

1. 调用insert函数进行键值对插入；
2. 拿出insert函数获取到的迭代器；
3. 返回该迭代器位置的元素值value。

V& operator[](const K& key)
{
	//调用insert函数进行键值对插入
	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V());
	//拿出insert函数获取到的迭代器并返回该迭代器位置的元素值value
	return ret.first->second;
}

• map中没有这个key，返回value的引用；（查找+修改）
• map中有这个key，会插入一个pair(key, V()），返回value的引用；（插入+修改）

map<string, string> dict;

dict["left"];
dict["left"] = "左边";
dict["right"] = "右边";
dict["mid"] = "中间";

for (auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}

map的迭代器遍历

map当中迭代器相关函数如下：

成员函数	功能
begin	获取容器中第一个元素的正向迭代器
end	获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器
rbegin	获取容器中最后一个元素的反向迭代器
rend	获取容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器

map<string, string> dict;

dict.insert(pair<string, string>("left", "左边"));
dict.insert(pair<string, string>("right", "右边"));
dict.insert(pair<string, string>("mid", "中间"));
//范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;//left:左边  mid:中间  right:右边
}
cout << endl;
//迭代器遍历
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
	cout << it->first << ":" << it->second << endl;//left:左边  mid:中间  right:右边
	it++;
}
cout << endl; 
//反向迭代器遍历
map<string, string>::reverse_iterator rit = dict.rbegin();
while (rit != dict.rend())
{
	cout << rit->first << ":" << rit->second << endl;//right:右边  mid:中间  left:左边
	rit++;
}

map的其他成员函数
除了上述成员函数外，set当中还有如下几个常用的成员函数：

成员函数	功能
size	获取容器中元素的个数
empty	判断容器是否为空
clear	清空容器
swap	交换两个容器中的数据
count	获取容器中指定key值的元素个数

multimap

multimap容器与map容器的底层实现一样，也都是平衡搜索树（红黑树），其次，multimap容器和map容器所提供的成员函数的接口都是基本一致的，multimap容器和map容器的区别与multiset容器和set容器的区别一样，multimap允许键值冗余，即multimap容器当中存储的元素是可以重复的。

multimap<string, string> dict;

dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("right", "右边"));
dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("mid", "中间"));

for (auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	//left:左边  left:左边  mid:中间  right:右边
}
cout << endl;

//left出现次数
cout << dict.count("left") << endl;//2

//删除全部left
dict.erase("left");
for (auto& e : dict)
{
	cout << e.first << ":" << e.second << endl;//mid:中间  right:右边
}

由于multimap容器允许键值冗余，因此两个容器中成员函数find和count的意义也有所不同：

成员函数find	功能
map对象	返回值为键值为key的元素的迭代器
multimap对象	返回底层搜索树中序的第一个键值为key的元素的迭代器

成员函数count	功能
map对象	键值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可代替）
multimap对象	返回键值为key的元素个数（find成员函数不可代替）

我们还需要注意的是在multimap中是没有[]运算符重载的，因为multimap允许键值冗余，使用[]就会引发歧义。