【C++】- set和map的具体使用（multiset和multimap的介绍）

作者：小树苗渴望变成参天大树
作者宣言：认真写好每一篇博客
作者gitee:gitee✨
作者专栏：C语言,数据结构初阶,Linux,C++ 动态规划算法
如 果 你 喜 欢 作 者 的 文 章 ，就 给 作 者 点 点 关 注 吧！

---

前言

今天我们开始讲解进阶中的STL，这个容器相比较前面而言结构更加的复杂，但是用处也是更加的多，大家还记得我进阶的上一篇博客写的是什么吗？？是二叉搜索树，所以今天这篇讲的STL就和上一篇博客讲的结构有关系，大家最好先提前看看二叉搜索树的博客，才能理解一些接口为什么会出现这样的效果，话不多说，我们开始介绍两个STL的容器-----set和map

---

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。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

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

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)
	{}
};

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。下面一依次介绍每一个容器。

注意：set就是key的模型，map就是key_value的模型

一、set

注意：

1. 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。
2. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
3. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
4. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
5. set中的元素默认按照小于来比较
6. set中查找某个元素，时间复杂度为：$lo{g}_{2}n$
7. set中的元素不允许修改(为什么?)一会后面会说到
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

我们一起来看看set在文档的中的具体介绍吧

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储的键值对。
Compare：set中元素默认按照小于来比较
Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

我们看看提供了一个仿函数，原因是set在插入的时候需要进行内部的比较，每个类的比较的比较方式不一样，所以需要提供仿函数，来实现我们自己的比较逻辑。set的模板参数还是比较好理解，接下来我就带大家来看看set有哪些接口，具体是怎么使用吧.

二、set的接口以及使用方法

2.1构造函数

我们只需要研究构造函数，赋值和析构可以不用了解，都是和之前的一样的

这就是我们三种构造函数，通过监视窗口我们有没有发现一些细节的问题，我们看到v里面原本乱序的数据在s2中就编程有序了，而且原来有重复数据，而s2里面叶没有重复数据了，所以这是set一个比较需要了解的知识点，原因是set底层是类似于二叉搜索数的实现原理，才会变成有序的，但set里面有相同数据，就不允许插入了，在二叉搜索数的时候就已经知道怎么做了，这是set，也是map的特性----去重和排序

2.2迭代器

迭代器这部分没有什么好讲解的，迭代器设计初衷，就是为了是所有容器的遍历都是一样的，博主就带大家过一遍这个迭代器的使用

我们看到排序了又去重了，我们看看修改数据会发生什么？？

我们看到不允许进行修改，原因是修改会破坏二叉搜索树的结构，如果想要修改一个数据可以先删除，在插入想要修改后的数据。

为什么不可以进行修改呢，是怎么控制的？

我们发现他的迭代器都是使用const修饰的，所以可以控制数据不会被修改，其他的迭代器都是和之前一眼固定用法，我也不做过多的演示了，大家感兴趣自己下去实验一下。

2.3修改函数接口

插入函数insert：

这个pair一会将set的最后一个函数的时候在细讲！！

	set<int> s;
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(6);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	set<int>::iterator it = s.begin();
	for (auto e : s)
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

这和我们构造函数看到的效果是一样的。

删除函数erase：

	cout << endl;
	s.erase(1);
	s.erase(2);
	s.erase(3);
	it = s.begin();
	for (auto e : s)
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

这个删除的效果就很简单，有就删除，没有就不做任何处理

后面几个就不做介绍，clear和swap大家肯定都会，最后两个等到C++11章节在细说

2.4操作函数

这两个在set里面含义是一样，都是获取key的值，在map里面就不一样

这三个函数大家最熟只不过了，也不做演示了。

这几个函数我要做一下特别介绍，因为这才是set和其他STL容器的不同.

---

find:

找到了就返回迭代器位置，没找到就返回end的位置，左闭右开，所以是最后一个元素后面的一个位置

具体使用：

我们看到set自带的和库里面的查找函数都可以完成查找的功能，为什么set还要单独在设计一个查找函数的，原因是，set的查找函数的左右找，不是像库里面的一个个的遍历查找，所以自带的复杂度可以达到O(logn),而库里面的只有O(n)。

---

count：

这个函数对于set其他意义不大，他是统计数据出现的次数，而set里面的数据没有重复的，所以只有1个，在set中这个函数可以判断一个数据在不在

那这个函数的意义在哪呢，我们讲完剩下来的三个函数在具体说。

---

lower_bound和upper_bound：

正常情况这两个函数是同时使用的，一个用来找左边界，一个用来找右边界

lower_bound是找到大于等于val值的迭代器
upper_bound是找到大于val值的迭代器
原因是他要配合插入删除来使用，因为插入和删除都可以使用迭代器来操作，而且是左闭右开的，所以upper_bound是返回比val大的迭代器位置返回。

---

equal_range:

pair其实是一个类模板结构，这个类里面右两个变量，把两个值放在一个结构里面了，一会再讲map的时候会讲为什么会这样设计。

具体使用：

我们返回的是返回的是一个pair的结构，所以第一个数是返回的是val的迭代器，而第二个返回的是最后依次出现val值后一位值的迭代器，再set当中体现不出来

---

multiset：
上面的count和equal_range其实是为multiset设计的，这个STL有什么功能呢，相比较于set这个函数不去重

通过上面的图我们发现count可以统计val出现了几次，equal_range的first返回第一次val出现的迭代器，second返回最后一个val出现的下一个位置，其实是为了插入和删除的，这个大家要明白.

注意： multiset的其他使用和set是一样的，我们大部分情况都是使用set这个容器，其次set的主要功能是判断在不在。

三、map

学习了set我们再学习map其实难度会好很多，我们的map是一个key_value模型，两者是绑定的。我们的map和set一样可以去重，他的key只能由一个，但是value不是唯一。

接下来就带大家看看由哪些接口函数吧

接下来博主会介绍圈主的部分，五个操作函数的使用和set是一样的，传key的值就可以了，这个大家下来看看文档就可以理解了

3.1插入和删除函数

之前再set插入的时候返回值就是pair，为什么要设计程这样，我们知道，key_value模型，是讲着两个值进行绑定在一起，所以再插入或者删除的是都是一起操作的，既然这样，我们把这两个值放到一个结构体里面，通过控制这个结构体来控制这两个值，所以pair就是相当于这样的一个作用，我们来看一下插入函数

insert：

我们插入的时候也是插入一个结构体对象的引用，我们来具体来看看怎么使用：

	map<int, string> m1;
	pair<int, string> p(1, "数字1");//最基本的插入方式
	m1.insert(p);

	m1.insert(make_pair(2, "数字2"));//make_pair调用pair

	m1.insert({ 3, "数字3" });//c++11的多参数隐式类型转换
	m1.insert({ 3, "数字3" });//c++11的多参数隐式类型转换
	m1.insert({ 3, "数字3" });//c++11的多参数隐式类型转换
	
	m1.insert({ 4, "数字3" });//c++11的多参数隐式类型转换

在这里插入图片描述

我们看到map也实现了去重，当key有相同的就不插入，不覆盖，插入过程值比较key,value相同无所谓，make_pair也是我们平时使用最多的,而且也不能对插入后的key进行修改

---

其次我们看到插入也会返回一个pair，一个是插入位置的迭代器，一个是插入是否成功。

这个大家一定要先理解，因为一会讲解的[]就和这个有关，先给大家铺垫一个比较好理解的，才能更好的接受不太好理解的

erase:

只需要传key的值就可以了。博主就不做具体演示了。

3.2operator[]函数

接下来带大家来看看之前的题目，大家还记得统计水果次数的功能吗？？大家可以看看之前写的二叉搜索树，今天我们有map就很简单我们来看看代码：

	//第一种
	map<string, int> countMap;
	string arr[] = { "苹果","香蕉","苹果","梨子","苹果","香蕉","梨子" };
	for (auto e : arr)
	{
		auto it = countMap.find(e);
		if (it == countMap.end())
		{
			countMap.insert(make_pair(e, 1));
		}
		else
		{
			it->second++;
		}
	}
	map<string, int>::iterator it = countMap.begin();
	for (auto e : countMap)
	{
		cout << it->first << " " << it->second << endl;
		it++;
	}
	
	//第二种
	cout << endl;
	map<string, int> countMap1;
	string arr1[] = { "苹果","香蕉","苹果","梨子","苹果","香蕉","梨子" };
	for (auto e : arr1)
	{
		countMap1[e]++;
	}
	map<string, int>::iterator it1 = countMap1.begin();
	for (auto e : countMap1)
	{
		cout << it1->first << " " << it1->second << endl;
		it1++;
	}

通过第一种的思路，我们第二种看着很简单，但是里面的核心思路还是和第一种一样，内部是插入操作，我们来通过文档看看这个[]实现的原理是什么？？

我们来看文档：

大家还记得我们插入操作的时候研究insert返回值的的案例吗。和这个一模一样。

此时大家应该明白[]的工作原理了吧，其实就要搞懂调用关系以及pair的特性，这个再模拟实现的时候会更清楚的，大家先理解着。

---

接下来就是multimap这个容器，他这个容器和map几乎一模一样，他不可以去重，所以[]这个函数他就没有，其余的使用和毛一样，博主就不做具体介绍了，接下来博主来使用set和map带啊大家来解决原来比较难解决的题目

注意：map是用来统计次数的，也可以判断数据在不在的，map的使用度更广泛

四、set和map的应用

4.1349. 两个数组的交集

这个题目也是很经典的，接下来我讲带大家怎么来解决这个问题。

所以这题我们不需要统计次数，所以使用set就可以了，set可以去重也可以排序，所以符合上图的分析思路，来看代码：

class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        vector<int>v;
        set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
        
        auto it1=s1.begin();
        auto it2=s2.begin();
        while(it1!=s1.end()&&it2!=s2.end())
        {
            if(*it1<*it2)
            {
                it1++;
            }
            else if(*it1>*it2)
            {
                it2++;
            }
            else
            {
                v.push_back(*it1);
                it1++;
                it2++;
            }
        }
        return v;
    }
};

4.2有效的括号

这个题目大家非常熟悉不过了，因为需要把括号两边进行绑定，所以需要使用map去操作，这样题目说有更多的括号都不用担心，再前面进行修改就好了。

class Solution {
public:
    bool isValid(string s) {
    stack<char> st;
    map<char,char> m;
    m['(']=')';
    m['{']='}';
    m['[']=']';
    for(auto e:s)
    {
        if(m.count(e))
        {
            st.push(e);
        }
        else
        {
            if(st.empty())
            {
                return false;
            }
            else
            {
                char top=st.top();
                st.pop();
                if(m[top]!=e)
                {
                   return false;
                }
            }
        }
    }
         return st.empty();
    }
};

通过上面两个应用大家对set和map应该了解了。接下来我将给大家讲解AVL树了，难度有所提升，希望大家可以好好理解，加深理解，今天讲的对后面的模拟实现会很有帮助的，我们下篇再见