＜C++＞ STL_unordered_set/map

1.unordered系列关联式容器

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到O(logN)，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个 unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同。

2.unordered_set的介绍

1. unordered_set是不按特定顺序存储键值的关联式容器，其允许通过键值快速的索引到对应的元素。
2. 在unordered_set中，元素的值同时也是唯一地标识它的key。
3. 在内部，unordered_set中的元素没有按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到指定的key，unordered_set将相同哈希值的键值放在相同的桶中。
4. unordered_set容器通过key访问单个元素要比set快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
5. 它的迭代器至少是前向迭代器。

unordered_set的使用

unordered_set的构造函数

unordered_set容器提供了多种构造函数，以支持不同的初始化方式。下面列出了一些常见的构造函数：

1. 默认构造函数：创建一个空的unordered_set。

std::unordered_set<int> my_set;

2. 范围构造函数：给定两个迭代器（通常为开始和结束迭代器），创建一个包含这个范围内元素的unordered_set。

std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
std::unordered_set<int> my_set(nums.begin(), nums.end());

3. 拷贝构造函数：使用另一个unordered_set进行初始化。

std::unordered_set<int> my_set1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::unordered_set<int> my_set2(my_set1);

4. 初始化列表构造函数：使用花括号{}包含的元素列表进行初始化。

std::unordered_set<int> my_set = {1, 2, 3, 4, 5};

5. 移动构造函数：使用一个将要销毁的unordered_set进行初始化，可以避免复制操作。

std::unordered_set<int> my_set1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::unordered_set<int> my_set2(std::move(my_set1));

unordered_set的成员函数

以下是一些常见的unordered_set成员函数：

1. begin() / end()：返回指向集合开始/结束位置的迭代器。

   std::unordered_set<int>::iterator iter = my_set.begin(); 
   // iter现在指向集合中的第一个元素
   

2. empty()：检查集合是否为空，如果为空返回true，否则返回false。

   if(my_set.empty()) {
       std::cout << "set is empty" << std::endl;  
   }
   

3. size()：返回集合中元素的数量。

   std::cout << "size: " << my_set.size() << std::endl;
   

4. max_size()：返回集合可能包含的最大元素数量。

   std::cout << "max_size: " << my_set.max_size() << std::endl;
   

5. insert()：在集合中插入元素。

   my_set.insert(10);
   my_set.insert(20);
   

6. erase()：删除单个元素或一系列元素。

   my_set.erase(10);  // 删除元素10
   my_set.erase(my_set.begin(), my_set.end());  // 删除所有元素
   

7. clear()：清除所有元素。

   my_set.clear();
   

8. find()：查找具有特定值的元素。

   if (my_set.find(20) != my_set.end()) {
       std::cout << "found 20" << std::endl; 
   }
   

9. count()：返回集合中具有特定值的元素数量。对于unordered_set，这个值只能是0（如果元素不存在）或1（如果元素存在）。

   if (my_set.count(20)) {
       std::cout << "20 exists" << std::endl; 
   }
   

示例：

#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    unordered_set<int> us;
    //插入元素（去重）
    us.insert(1);
    us.insert(4);
    us.insert(3);
    us.insert(3);
    us.insert(2);
    us.insert(2);
    us.insert(3);
    //遍历容器方式一（范围for）
    for (auto e: us) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;//1 4 3 2
    //删除元素方式一
    us.erase(3);
    //删除元素方式二
    unordered_set<int>::iterator pos = us.find(1);//查找值为1的元素
    if (pos != us.end()) {
        us.erase(pos);
    }
    //遍历容器方式二（迭代器遍历）
    unordered_set<int>::iterator it = us.begin();
    while (it != us.end()) {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;//4 2
    //容器中值为2的元素个数
    cout << us.count(2) << endl;//1
    //容器大小
    cout << us.size() << endl;//2
    //清空容器
    us.clear();
    //容器判空
    cout << us.empty() << endl;//1
    //交换两个容器的数据
    unordered_set<int> tmp{11, 22, 33, 44};
    us.swap(tmp);
    for (auto e: us) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;//11 22 33 44
    return 0;
}

unordered_multiset

unordered_multiset容器与unordered_set容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们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，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multiset容器允许键值冗余，即unordered_multiset容器当中存储的元素是可以重复的。

示例：

#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    unordered_multiset<int> ums;
    //插入元素（允许重复）
    ums.insert(1);
    ums.insert(4);
    ums.insert(3);
    ums.insert(3);
    ums.insert(2);
    ums.insert(2);
    ums.insert(3);
    for (auto e: ums) {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;//1 4 3 3 3 2 2
    return 0;
}

由于unordered_multiset容器允许键值冗余，因此该容器中成员函数find和count的意义与unordered_set容器中的也有所不同：

成员函数find	功能
unordered_set容器	返回键值为val的元素的迭代器
unordered_multiset容器	返回底层哈希表中第一个找到的键值为val的元素的迭代器

成员函数count	功能
unordered_set容器	键值为val的元素存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可替代）
unordered_multiset容器	返回键值为val的元素个数（find成员函数不可替代）

3.unordered_map的介绍

1. unordered_map是存储键值对的关联式容器，其允许通过key值快速的索引到与其对应是value。
2. 在unordered_map中，键值通常用于唯一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
3. 在内部，unordered_map没有对按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
4. unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
5. unordered_map实现了直接访问操作符（operator[]），它允许使用key作为参数直接访问value。
6. 它的迭代器至少是前向迭代器。

unordered_map的使用

unordered_map的构造函数

unordered_map储的元素是键值对，其中键是唯一的。以下是unordered_map的一些常见构造函数：

1. 默认构造函数：创建一个空的unordered_map。

std::unordered_map<std::string, int> my_map;

2. 范围构造函数：通过两个迭代器（通常为开始迭代器和结束迭代器）指定的范围创建一个unordered_map。

std::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};
std::unordered_map<std::string, int> my_map(vec.begin(), vec.end());

3. 拷贝构造函数：使用另一个unordered_map进行初始化。

std::unordered_map<std::string, int> my_map1 = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};
std::unordered_map<std::string, int> my_map2(my_map1);

4. 初始化列表构造函数：使用花括号{}包含的元素列表进行初始化。

std::unordered_map<std::string, int> my_map = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};

5. 移动构造函数：使用一个将要销毁的unordered_map进行初始化，可以避免复制操作。

std::unordered_map<std::string, int> my_map1 = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};
std::unordered_map<std::string, int> my_map2(std::move(my_map1));

unordered_map的成员函数

unordered_map当中常用的成员函数如下：

当然，以下是一些 unordered_map 成员函数的介绍和使用示例：

1. begin() / end()：返回指向映射开始/结束位置的迭代器。

   std::unordered_map<std::string, int>::iterator iter = my_map.begin(); 
   // iter现在指向映射中的第一个元素
   

2. empty()：检查映射是否为空，如果为空返回true，否则返回false。

   if(my_map.empty()) {
       std::cout << "map is empty" << std::endl;  
   }
   

3. size()：返回映射中元素的数量。

   std::cout << "size: " << my_map.size() << std::endl;
   

4. max_size()：返回映射可能包含的最大元素数量。

   std::cout << "max_size: " << my_map.max_size() << std::endl;
   

5. insert()：在映射中插入元素。

   my_map.insert({"Alice", 25});
   my_map.insert({"Bob", 30});
   

6. erase()：删除单个元素或一系列元素。

   my_map.erase("Alice");  // 删除键为"Alice"的元素
   my_map.erase(my_map.begin(), my_map.end());  // 删除所有元素
   

7. clear()：清除所有元素。

   my_map.clear();
   

8. find()：查找具有特定键的元素。

   if (my_map.find("Bob") != my_map.end()) {
       std::cout << "found Bob" << std::endl; 
   }
   

9. count()：返回映射中具有特定键的元素数量。对于unordered_map，这个值只能是0（如果元素不存在）或1（如果元素存在）。

   if (my_map.count("Bob")) {
       std::cout << "Bob exists" << std::endl; 
   }
   

10. operator[]：访问或修改具有特定键的元素。

    my_map["Charlie"] = 35;  // 如果"Charlie"不存在，将其插入到映射中，并设置值为35
    int age = my_map["Charlie"];  // 获取键为"Charlie"的元素的值
    

11. at()：返回具有特定键的元素。

    这个函数用于访问具有特定键的元素。如果键存在于映射中，函数返回对应的值。如果键不存在，它会抛出一个 std::out_of_range 异常。

    try {
        int age = my_map.at("Alice");  // 获取键为"Alice"的元素的值
        std::cout << "Alice's age is " << age << std::endl;
    }
    catch (std::out_of_range& e) {
        std::cout << "Alice not found in map" << std::endl;
    }
    

    在这个例子中，我们尝试获取键为 “Alice” 的元素的值。如果 “Alice” 存在于映射中，我们打印她的年龄。如果 “Alice” 不存在于映射中，at() 函数会抛出一个异常，我们捕获这个异常并打印一条消息。

unordered_map容器实现了[ ]运算符重载函数，该重载函数的功能非常强大：[key]

• 若当前容器中已有键值为key的键值对，则返回该键值对value的引用。
• 若当前容器中没有键值为key的键值对，则先插入键值对，然后再返回该键值对中value的引用。

示例：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    unordered_map<int, string> um;
    //插入键值对方式一：构造匿名对象插入
    um.insert(pair<int, string>(1, "one"));
    um.insert(pair<int, string>(2, "two"));
    um.insert(pair<int, string>(3, "three"));
    //遍历方式一：范围for
    for (auto e: um) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//1->one 2->two 3->three
    //插入键值对方式二：调用make_pair函数模板插入
    um.insert(make_pair(4, "four"));
    um.insert(make_pair(5, "five"));
    um.insert(make_pair(6, "six"));
    //遍历方式二：迭代器遍历
    unordered_map<int, string>::iterator it = um.begin();
    while (it != um.end()) {
        cout << it->first << "->" << it->second << " ";
        it++;
    }
    cout << endl;//1->one 2->two 3->three 4->four 5->five 6->six
    //插入键值对方式三：利用[]运算符重载函数进行插入（常用）
    um[7] = "seven";
    um[8] = "eight";
    um[9] = "nine";
    for (auto e: um) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//9->nine 1->one 2->two 3->three 4->four 5->five 6->six 7->seven 8->eight
    //删除键值对方式一：根据key值删除
    um.erase(5);
    //删除键值对方式二：根据迭代器删除
    unordered_map<int, string>::iterator pos = um.find(7);//查找键值为7的键值对
    if (pos != um.end()) {
        um.erase(pos);
    }
    for (auto e: um) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//9->nine 1->one 2->two 3->three 4->four 6->six 8->eight
    //修改键值对方式一：通过find获得迭代器，通过迭代器修改
    pos = um.find(1);
    if (pos != um.end()) {
        pos->second = "one/first";
    }
    //修改键值对方式二：利用[]运算符重载函数进行修改（常用）
    um[2] = "two/second";
    for (auto e: um) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//9->nine 1->one/first 2->two/second 3->three 4->four 6->six 8->eight
    //容器中key值为3的键值对的个数
    cout << um.count(3) << endl;
    //容器的大小
    cout << um.size() << endl;
    //清空容器
    um.clear();
    //容器判空
    cout << um.empty() << endl;
    //交换两个容器的数据
    unordered_map<int, string> tmp{{2021, "before"}, {2022, "now"}};
    um.swap(tmp);
    for (auto e: um) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//2021->before 2022->now
    return 0;
}

unordered_multimap

unordered_multimap容器与unordered_map容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们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，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multimap容器允许键值冗余，即unordered_multimap容器当中存储的键值对的key值是可以重复的。

示例：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main() {
    unordered_multimap<int, string> umm;
    //插入键值对（允许键值重复）
    umm.insert(make_pair(2022, "吃饭"));
    umm.insert(make_pair(2022, "睡觉"));
    umm.insert(make_pair(2022, "敲代码"));
    for (auto e: umm) {
        cout << e.first << "->" << e.second << " ";
    }
    cout << endl;//2022->吃饭 2022->睡觉 2022->敲代码
    return 0;
}

由于unordered_multimap容器允许键值对的键值冗余，因此该容器中成员函数find和count的意义与unordered_map容器中的也有所不同：

成员函数find	功能
unordered_map容器	返回键值为key的键值对的迭代器
unordered_multimap容器	返回底层哈希表中第一个找到的键值为key的键值对的迭代器

成员函数count	功能
unordered_map容器	键值为key的键值对存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可替代）
unordered_multimap容器	返回底层哈希表中第一个找到的键值为key的键值对的迭代器

其次，由于unordered_multimap容器允许键值对的键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个键值对的value的引用存在歧义，因此在unordered_multimap容器当中没有实现[ ]运算符重载函数。