＜C++＞ STL_set/map
1.关联式容器
C++STL包含了序列式容器和关联式容器：
- 序列式容器里面存储的是元素本身，其底层为线性序列的数据结构。比如：vector，list，deque，forward_list(C++11)等。
- 关联式容器里面存储的是
注意： C++STL当中的stack、queue和priority_queue属于容器适配器，它们默认使用的基础容器分别是deque、deque和vector。
2.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，即通过该应 该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。
在SGI-STL中关于键值对的定义如下：
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) {}
};
3.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(红黑树) 作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍每一 个容器。
4.set/multiset
set的介绍
- set是按照一定次序存储元素的容器
- 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。
- 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。
- 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。
- 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，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(为什么?) 因为set在底层是用二叉搜索树来实现的，若是对二叉搜索树当中某个结点的值进行了修改，那么这棵树将不再是二叉搜索树。
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
set的使用
set的模板参数列表
template<
class T, // 容器中存储的元素类型
class Compare = std::less<T>, // 用于比较元素的函数对象，默认为 std::less，表示升序排序
class Allocator = std::allocator<T> // 用于内存分配的分配器，默认为 std::allocator
> class set;
set的构造
默认构造：
std::set<Key, Compare, Allocator> mySet;
创建一个空的 std::set 对象，默认使用元素类型 Key 的比较函数 Compare（默认为 std::less）和内存分配器 Allocator（默认为 std::allocator）。
set<int> s1; //构造int类型的空容器
拷贝构造函数：
std::set(const std::set& other);
使用另一个 std::set 对象 other 中的元素来创建一个新的 std::set，这个构造函数会执行浅拷贝，复制元素的值而不是元素本身。
set<int> s2(s1); //拷贝构造int类型s1容器的复制品
范围构造函数：
template <class InputIterator>
std::set(InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器范围 [first, last) 中的元素来初始化 std::set。这可以是任何可迭代的容器或数组的子范围。
string str("abcdef");
set<char> s3(str.begin(), str.end()); //构造string对象某段区间的复制品
指定比较方式构造：
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的迭代器
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
| iterator begin() | 返回set中起始位置元素的迭代器 |
| iterator end() | 返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
| const_iterator cbegin() const | 返回set中起始位置元素的const迭代器 |
| const_iterator cend() const | 返回set中最后一个元素后面的const迭代器 |
| reverse_iterator rbegin() | 返回set第一个元素的反向迭代器，即end |
| reverse_iterator rend() | 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器， 即rbegin |
| const_reverse_iterator crbegin() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend |
| const_reverse_iterator crend() const | 返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器，即crbegin |
int main() {
set<int> mySet = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
for (set<int>::iterator it = mySet.begin(); it != mySet.end(); ++it) {
cout << *it << " ";//1 2 3 4 5 6 9
}
cout << endl;
for (set<int>::const_iterator it = mySet.cbegin(); it != mySet.cend(); ++it) {
cout << *it << " ";//1 2 3 4 5 6 9
}
cout << endl;
const set<int> myConst_Set = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
for (set<int>::const_iterator it = myConst_Set.cbegin(); it != myConst_Set.cend(); ++it) {
cout << *it << " ";//1 2 3 4 5 6 9
}
cout << endl;
for (set<int>::const_reverse_iterator rit = myConst_Set.crbegin(); rit != myConst_Set.crend(); ++rit) {
cout << *rit << " ";//9 6 5 4 3 2 1
}
cout << endl;
return 0;
}
set的容量操作
| 函数声明 | 功能介绍 | |
|---|---|---|
| bool empty ( ) const | 检测set是否为空，空返回true，否则返回true | |
| size_type size() const | 返回set中有效元素的个数 |
set的修改
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
| pair |
在set中插入元素x，实际插入的是构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回类型pair |
| void erase ( iterator position ) | 删除set中position位置上的元素， |
| size_type erase ( const key_type& x ) | 删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数 |
| void erase ( iterator first, iterator last ) | 删除set中[first, last)区间中的元素 |
| void swap ( set& st ); | 交换set中的元素 |
| void clear ( ) | 将set中的元素清空 |
| iterator find (const key_type& x ) const | 返回set中值为x的元素的位置 |
| size_type count ( const key_type& x ) const | 返回set中值为x的元素的个数 |
示例：
int main() {
set<int> s;
//插入元素（去重）
s.insert(1);
s.insert(4);
s.insert(3);
s.insert(3);
s.insert(2);
s.insert(2);
s.insert(3);
//遍历容器方式一（范围for）
for (auto e: s) {
cout << e << " ";//1 2 3 4
}
cout << endl;
//删除元素方式一
s.erase(3);
//删除元素方式二
set<int>::iterator pos = s.find(1);//查找值为1的元素
if (pos != s.end()) {
s.erase(pos);
}
//遍历容器方式二（正向迭代器）
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end()) {
cout << *it << " ";//2 4
it++;
}
cout << endl;
//容器中值为2的元素个数
cout << s.count(2) << endl;//1
//容器大小
cout << s.size() << endl;//2
//清空容器
s.clear();
//容器判空
cout << s.empty() << endl;//1
//交换两个容器的数据
set<int> tmp{11, 22, 33, 44};
s.swap(tmp);
//遍历容器方式三（反向迭代器）
set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while (rit != s.rend()) {
cout << *rit << " ";//44 33 22 11
}
cout << endl;
return 0;
}
multiset介绍
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，这里就不再列举了，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。
由于multiset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 |
|---|---|
| set对象 | 返回值为val的元素的迭代器 |
| multiset对象 | 返回底层搜索树中序的第一个值为val的元素的迭代器 |
| 成员函数count | 功能 |
|---|---|
| set对象 | 值为val的元素存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可代替） |
| multiset对象 | 返回值为val的元素个数（find成员函数不可代替） |
示例：
#include 5.map/mutimap
map的介绍
- 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。
- 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;
- 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
- 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)。
- 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。
- 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))。
map的使用
map的模板参数列表
template <
class Key, // 键的类型
class Value, // 值的类型
class Compare = std::less<Key>, // 用于比较键的函数对象，默认为 std::less，表示升序排序
class Allocator = std::allocator<std::pair<const Key, Value>> // 用于内存分配的分配器，默认为 std::allocator
> class map;
map的构造
默认构造函数：
std::map<Key, Value> myMap;
创建一个空的 std::map 对象，其中键的类型为 Key，值的类型为 Value。
map<int, double> m1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器
拷贝构造函数：
std::map(const std::map& other);
使用另一个 std::map 对象 other 中的键-值对来创建一个新的 std::map，这个构造函数会执行浅拷贝，复制键和值的值而不是键-值对本身。
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
范围构造函数：
template <class InputIterator>
std::map(InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器范围 [first, last) 中的键-值对来初始化 std::map。这可以是任何可迭代的容器或数组的子范围，其中迭代器指向 std::pair 对象，表示键和值的组合。
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
指定比较方式构造：
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的插入
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：
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, Value> value_type;
因此，我们向map容器插入元素时，需要用key和value构造一个pair对象，然后再将pair对象作为参数传入insert函数。
方式一： 构造匿名对象插入。
int main() {
map<int, string> m;
//方式一：调用pair的构造函数，构造一个匿名对象插入
m.insert(pair<int, string>(2, "two"));
m.insert(pair<int, string>(1, "one"));
m.insert(pair<int, string>(3, "three"));
for (auto e: m) {
cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << " "; //<1,one> <2,two> <3,three>
}
cout << endl;//<1,one> <2,two> <3,three>
return 0;
}
但是这种方式会使得我们的代码变得很长，尤其是没有直接展开命名空间的情况下，因此我们最常用的是方式二。
方式二： 调用make_pair函数模板插入。
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));
}
我们只需向make_pair函数传入key和value，该函数模板会根据传入参数类型进行自动隐式推导，最终构造并返回一个对应的pair对象。
int main() {
map<int, string> m;
//方式二：调用函数模板make_pair，构造对象插入
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
for (auto e: m) {
cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << " "; //<1,one> <2,two> <3,three>
}
cout << endl;
return 0;
}
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。
map的查找
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。
int main() {
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//获取key值为2的元素的迭代器
map<int, string>::iterator pos = m.find(2);
if (pos != m.end()) {
cout << pos->second << endl;//two
}
return 0;
}
map的删除
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);
也就是说，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。
int main() {
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//方式一：根据key值进行删除
m.erase(3);
//方式二：根据迭代器进行删除
map<int, string>::iterator pos = m.find(2);
if (pos != m.end()) {
m.erase(pos);
}
return 0;
}
map的[ ]运算符重载
map的[ ]运算符重载函数的函数原型如下：
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
就这样看着不太好理解，我们整理一下，实际上[ ]运算符重载实现的逻辑实际上就是以下三个步骤：
- 调用insert函数插入键值对。
- 拿出从insert函数获取到的迭代器。
- 返回该迭代器位置元素的值value。
对应分解代码如下：
mapped_type &operator[](const key_type &k) {
//1、调用insert函数插入键值对
pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));
//2、拿出从insert函数获取到的迭代器
iterator it = ret.first;
//3、返回该迭代器位置元素的值value
return it->second;
}
那么这个函数的价值体现在哪里呢？我们来看看下面这段代码：
int main()
{
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
m[2] = "hello"; //修改key值为2的元素的value为hello
m[6] = "six"; //插入键值对<6, "six">
for (auto e : m)
{
cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << " ";
}
cout << endl; //<1,one> <2,hello> <3,three> <6,six>
return 0;
}
以代码中的m[2] = "hello"为例说明，通过[ ]运算符重载函数的三个步骤后，不管是调用insert函数插入的也好，是容器当中本来就已经存在的也好，反正无论如何map容器当中都已经有了一个key值为2的元素。而[ ]运算符重载函数的返回值就是这个key值为2的元素的value的引用，因此我们对该函数的返回值做修改，实际上就是对键值为2的元素的value做修改。
总结一下：
- 如果k不在map中，则先插入键值对
- 如果k已经在map中，则返回键值为k的元素对应的V对象的引用。
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/cbegin | 获取容器中第一个元素的正向迭代器 |
| end/cend | 获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器 |
| rbegin/crbegin | 获取容器中最后一个元素的反向迭代器 |
| rend/crend | 获取容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器 |
遍历方式一： 用正向迭代器进行遍历。
int main() {
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//用正向迭代器进行遍历
map<int, string>::iterator it = m.begin();
while (it != m.end()) {
cout << "<" << it->first << "," << it->second << ">" << " ";
it++;
}
cout << endl;//<1,one> <2,two> <3,three>
return 0;
}
遍历方式二： 用反向迭代器进行遍历。
int main(){
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//用反向迭代器进行遍历
map<int, string>::reverse_iterator rit = m.rbegin();
while (rit != m.rend()){
cout << "<" << rit->first << "," << rit->second << ">" << " ";
rit++;
}
cout << endl; //<3,three> <2,two> <1,one>
return 0;
}
遍历方式三： 用范围for进行遍历。
int main(){
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//用范围for进行遍历
for (auto e : m){
cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << " ";
}
cout << endl; //<1,one> <2,two> <3,three>
return 0;
}
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 |
示例：
int main(){
map<int, string> m;
m.insert(make_pair(2, "two"));
m.insert(make_pair(1, "one"));
m.insert(make_pair(3, "three"));
//获取容器中元素的个数
cout << m.size() << endl; //3
//容器中key值为2的元素个数
cout << m.count(2) << endl; //1
//清空容器
m.clear();
//容器判空
cout << m.empty() << endl; //1
//交换两个容器中的数据
map<int, string> tmp;
m.swap(tmp);
return 0;
}
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，这里也就不再列举了，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。
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） |
示例：
int main() {
multimap<int, string> mm;
//插入元素（允许重复）
mm.insert(make_pair(2, "two"));
mm.insert(make_pair(2, "double"));
mm.insert(make_pair(1, "one"));
mm.insert(make_pair(3, "three"));
for (auto e: mm) {
cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << " ";
}
cout << endl;//<1,one> <2,two> <2,double> <3,three>
return 0;
}
其次，由于multimap容器允许键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个元素的value的引用存在歧义，因此在multimap容器当中没有实现[ ]运算符重载函数。