map、unordered_map和vector的初始化和底层机理的差别

先说结论：map a，和vector< int >b，的默认初始化都是初始化为空的容器，而unordered_mapc, 则不是空的

一. 在做力扣1207题时遇到的问题

原题：

标准答案里的unordered_map是采用的默认初始化，因为我之前一般用vector比较多，而且vector要是空的，直接下标访问会出错，除非元素是一个一个push_back进去，否则一般都会给vector指定一个大小，并且元素初始化为0，即：vector< int> vec(nums.size(), 0);
但是这unordered_map居然不用指定初始化时的大小：

class Solution {
public:
    bool uniqueOccurrences(vector<int>& arr) {
        unordered_map<int, int> occur;//次数统计的数组
        for (const auto& x: arr) {
            occur[x]++;//x就是arr的元素，成为key，occur[x]就是出现的次数，成为value
        }
        unordered_set<int> times;//查重数组
        for (const auto& x: occur) {
            times.insert(x.second);
        }
        return times.size() == occur.size();
    }
};

这段代码的解题逻辑就是把数组元素和对应的次数插入unordered_map数组，这样key就是输入数组arr的各个元素，value就是对应元素出现的次数。

然后把出现次数，即map的value插入unordered_set数组，因为set数组和unordered_set都不允许有重复元素出现（毕竟key和value是同一个元素，而除了multiset，key是唯一的），所以最后看一下unordered_set的大小和次数统计数组unordered_map大小是否一样就行。

二. map和unordered_map初始化的区别和底层原理

2.1 map

map默认初始化直接就是一个空的map，然后用下标访问的话（map的下标运算符接受一个所以，下标就是key，所以multimap也不能用下标访问，因为其一个关键字可能对应多个值），如果关键字不在map中，会为它创建一个元素插入到map中，map底层数据结构是红黑树，示例如下：

map<string, size_t> word_count;//empty map
word_count["Anna"] = 1;//插入一个关键字为Anna的元素，关联值进行值初始化；然后将1赋予它

该示例来自C++ primer P387，其实具体过程应该如下：

（1）在word_count 中搜索关键字为Anna的元素，未找到；

（2）将一个新的 关键字-值 （key-value）对插入到word_count中，关键字是一个const string，保存Anna。值value将进行初始化，在本例中因为value是整型意味着值为0

（3）提取出新插入的元素，并将值1赋予它。

也就是说，在map中访问不存在的key的键值对，首先是新增一个，key-默认值，然后该键值对再被等号赋值。

2.2 unordered_map

而unordered_map则与上面map的机制完全不同。因为unordered_map底层数据结构是hash table，即哈希表，该哈希表由vector和linked-list链表构成，vector用于放buckets主体，有链表是因为STL中的hash table采用开链法防止哈希冲突，用于存放那些具有相同索引即冲突的元素。下图来自《STL源码剖析》P253，hashtable章节。

unordered_map上的所有操作都是直接移植hashtable这一数据结构的。

对于unordered_map来说，key被hash function做映射（如除法取余），然后得到相应下标，在vector中存放value，如果后面某元素经过哈希映射后得到的下标和前面一样，那就是发生哈希冲突，所以需要在该处对外连接链表来存放这些冲突的键值对，这个链表不是list也不是slist，而是自定义的linked-list，也就是上图的bucket list。

所以unordered_map也是动态扩容的啊，而且他并不是初始化为空！而是按照一组质数，共28个：[53,97，193，…429496729]，会根据存入元素的个数N在这组质数里选大于或等于N的数，所以这里直接按默认初始化，里面的vector应该大小为53，而不是0；——当然具体也不一定就是53，版本不一样

我们使用vector容器，vector< int> m，此时m是初始化为空的，size == 0, capacity == 0。——见primer P319例子

所以hashtable设置默认初始大小，应该是为了提高效率，减少动态扩容的次数

那么在上述默认初始化情况下，vector里面全是0，一开始occur[x]++;首先哈希函数对x做映射——取模，然后vector中对应下标的值处+1，如果不同的x哈希映射后下标一样，那就得用开链法，冲突的vector处就只放置指针了，指针指向一个链表，链表里放这两个元素（链表的每个节点分别是一个指针和一个value），比如11和18都应该放在下标4处的，那下标4处就应该放一个指向链表的指针：
当x往后遍历，直到超出53时，就进行动态扩容了，按照那个28个数字的列表[53,97，193，…429496729]来选择下一步扩容到多大。

我们也可以手动设置unordered_map初始大小：

unordered_map<int, int>occur(arr.size());//注意千万不能像vector手动初始化那样写成(size(), 0)，这样key都是0了，而unordered_map中key是不能出现相同的

这样就不需要扩容了。

那为什么可以只指定一个参数呢？下图可以看到，unordered_map构造函数的后面三个都有默认值，所以我们只需要指定第一个参数就好了。

所以代码最后被改成：

class Solution {
public:
    bool uniqueOccurrences(vector<int>& arr) {
        unordered_map<int, int>occur(arr.size());//指定大小
        for(const auto& x : arr){
            occur[x]++;
        }
        unordered_set<int>unique;
        for(const auto& x : occur){
            unique.insert(x.second);
        }
        return occur.size() == unique.size();
    }
};