模拟实现map和set超详解（C++）
hello！我是bug。今天我们来讲讲map和set的相关内容：
（代码可能会有一点问题，请各位老铁指正 ）
文章目录
- 前言
- 一、map
- 二、set
- 三、红黑树
- 四、map的模拟实现
- 五、set的模拟实现
- 六、测试代码
前言
Map 和 Set 是一种专门用来进行搜索的容器或者数据结构，因为其底层是红黑树，所以其增删查改的时间复杂度都是O（logN），其效率是很高的。而且由于红黑树遵循搜索二叉树的规则，map和set遍历时可以间接进行排序。
一、map
Map：是STL 的一个关联容器，它提供一对一（其中第一个可以称为关键字，每个关键字只能在map中出现一次，第二个可能称为该关键字的值）的数据处理能力，由于这个特性，它完成有可能在我们处理一对一数据的时候，在编程上提供快速通道。
其底层一般是红黑树，当然AVL树也可以。通过对红黑树包装来实现map。
map的相关接口：
| 函数 | 用法 |
|---|---|
| operator= | 重载= |
| begin | 返回第一个元素的iterator |
| end | 返回最后一个元素下一个位置的iterator |
| rbegin | 返回第一个元素的reverse_iterator |
| rend | 返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator |
| empty | 判空 |
| size | 返回元素个数 |
| operator[] | 通过重载[]进行插入、修改 |
| insert | 插入键对值 |
| erase | 删除元素 |
| clear | 清除元素 |
| find | 查找元素 |
map常用功能：可以实现字典、统计数量 。
二、set
Set ：集合，和map类似。区别在于：map存储的是键对值（KV模型），而set存储的是key值（K模型）。
set和map的底层都是红黑树，它们都是对同一棵红黑树进行包装。
set的相关接口：
| 函数 | 用法 |
|---|---|
| operator= | 重载= |
| begin | 返回第一个元素的iterator |
| end | 返回最后一个元素下一个位置的iterator |
| rbegin | 返回第一个元素的reverse_iterator |
| rend | 返回最后一个元素下一个位置的reverse_iterator |
| empty | 判空 |
| size | 返回元素个数 |
| insert | 插入元素 |
| erase | 删除元素 |
| clear | 清除元素 |
| find | 查找元素 |
三、红黑树
红黑树实现代码⬇️ ⬇️：
#pragma once
#include红黑树之前我们实现过，这里就不进行详细介绍了。
四、map的模拟实现
map模拟实现代码⬇️ ⬇️：
#pragma once
#include"RBTree.h"
namespace lz
{
template<class K,class V>
class Map
{
typedef Map<K, V> self;
typedef lz::RBTree<pair< K, V>, PairSelect1st<K, V>> RBTree;
typedef typename lz::Iterator<pair< K, V>, pair< K, V>&, pair< K, V>*>::Reference Ref ;
typedef typename lz::Iterator<pair< K, V>, pair< K, V>&,pair< K, V>*>::Pointer Ptr ;
public:
typedef typename RBTree::tree_iterator iterator;
typedef typename RBTree::tree_const_iterator const_iterator;
typedef typename RBTree::tree_reverse_iterator reverse_iterator;
typedef typename RBTree::tree_const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
Map() :_rt() {}
Map(const self& m) { _rt = m._rt; }
//迭代器
iterator begin() { return _rt.begin(); }
iterator end() { return _rt.end(); }
const_iterator cbegin()const { return _rt.cbegin(); }
const_iterator cend()const { return _rt.cend(); }
reverse_iterator rbegin() { return _rt.rbegin(); }
reverse_iterator rend() { return _rt.rend(); }
const_reverse_iterator crbegin()const { return _rt.crbegin(); }
const_reverse_iterator crend()const { return _rt.crend(); }
Ref operator*() { return _rt._root->_data; }
Ptr operator->() { return &_rt._root->_data; }
bool operator!=(const self& s)const { return _rt._root != s._rt._root; }
bool operator==(const self& s)const { return _rt._root == s._rt._root; }
//插入
pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv) { return _rt.insert(kv); }
//=重载
self& operator=(const self& s) { _rt = s._rt; return *this; }
//删除
void erase(const iterator& it) { _rt.deleteNode(it._pnode); }
//查找
iterator find(const pair<K, V>& kv)const { return _rt.find(kv); }
//[]重载
V& operator[](const K& key) { return insert(make_pair(key, V())).first._pnode->_data.second; }
//判空
bool empty()const { return _rt.empty(); }
//打印
void print() { _rt.InOder(); }
//元素个数
size_t size() { return _rt.size(); }
//清除
void clear() { _rt.clear(_rt._root); }
private:
RBTree _rt;
};
}
对红黑树进行封装，其实就是通过红黑树来实现map的功能。
这里因为红黑树中实现了自减的重载，所以这里我们可以封装正向迭代器来实现反向迭代器。
关于插入，因为map要存储键对值，所以这里我们的仿函数选择PairSelect1st来选出key。同时注意其返回值是一个键对值，第一个参数是迭代器，第二个参数是布尔类型。
“=”的重载，直接通过红黑树中的等号重载完成。
”[]“的重载十分重要，根据[]中的key值来构造键对值，进行插入，同时根据插入的返回键对值中的迭代器，将插入键对值中的V引用返回，即可以直接通过=修改。
五、set的模拟实现
set模拟实现代码⬇️ ⬇️：
#pragma once
#include"RBTree.h"
namespace lz
{
template<class K>
class Set
{
typedef Set<K> self;
typedef lz::RBTree< K, KSelect1st<K>> RBTree;
typedef typename lz::Iterator<K, K&, K*>::Reference Ref;
typedef typename lz::Iterator<K, K&, K*>::Pointer Ptr;
public:
typedef typename RBTree::tree_iterator iterator;
typedef typename RBTree::tree_const_iterator const_iterator;
typedef typename RBTree::tree_reverse_iterator reverse_iterator;
typedef typename RBTree::tree_const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
Set() :_rt() {}
Set(const self& s) { _rt = s._rt; }
//迭代器
iterator begin() { return _rt.begin(); }
iterator end() { return _rt.end(); }
const_iterator cbegin()const { return _rt.cbegin(); }
const_iterator cend()const { return _rt.cend(); }
reverse_iterator rbegin() { return _rt.rbegin(); }
reverse_iterator rend() { return _rt.rend(); }
const_reverse_iterator crbegin()const { return _rt.crbegin(); }
const_reverse_iterator crend()const { return _rt.crend(); }
Ref operator*() { return _rt._root->_data; }
Ptr operator->() { return &_rt._root->_data; }
bool operator==(const self& s)const { return _rt._root == s._rt._root; }
bool operator!=(const self& s)const { return _rt._root != s._rt._root; }
//插入
pair<iterator, bool> insert(const K& key) { return _rt.insert(key); }
//=重载
self& operator=(const self& s) { _rt = s._rt; return *this; }
//删除
void erase(const iterator& it) { _rt.deleteNode(it._pnode); }
//查找
iterator find(const K& key)const { return _rt.find(key); }
//判空
bool empty() { return _rt.empty(); }
//元素个数
size_t size() { return _rt.size(); }
//清除
void clear() { _rt.clear(); }
private:
RBTree _rt;
};
}
set这边就不做详细的介绍了，其功能和map类似。就存储方面不同。
六、测试代码
测试代码⬇️ ⬇️：
#include"RBTree.h"
#include"Map.h"
#include"Set.h"
void Test_Map1()//字典
{
lz::Map<string, string> map;
pair<string, string> arr[] = {
make_pair("left", "左边") ,make_pair("right", "右边"),make_pair("up", "向上")
,make_pair("down", "向下"),make_pair("left","左边"),make_pair("eat","吃")
,make_pair("sleep","睡觉"),make_pair("run","跑"),make_pair("jump","跳") };
//插入,const修饰+引用可以避免深拷贝
for (const auto& str : arr)
map.insert(str);
//测试[]
map["abc"] = "xx";
map["abc"] = "xx";
//正向迭代器
auto it = map.begin();
while (it != map.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
it++;
}
cout << endl;
//反向迭代器
auto rit = map.rbegin();
while (rit != map.rend())
{
cout << rit->first << ":" << rit->second << endl;
rit++;
}
cout << endl;
//范围for
for(const auto& str : map)
cout << str.first << ":" << str.second << endl;
}
void Test_Map2()//统计次数
{
lz::Map<string, int> map1;
string arr[] = { "苹果","梨","苹果","梨","梨","梨","苹果","香蕉","香蕉", "香蕉" ,"西瓜" };
for (const auto& str : arr)
{
//如果不存在，那么插入数据
if (map1.find(make_pair(str,1))._pnode == nullptr)
{
map1.insert(make_pair(str, 1));
continue;
}
//存在，将次数++;
map1[str]++;
}
auto it = map1.begin();
while (it != map1.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
it++;
}
cout << endl;
}
void Test_Map3()
{
lz::Map<int, int> map;
pair<int, int> arr[] = {
make_pair(1, 1) ,make_pair(2, 2),make_pair(3, 3)
,make_pair(4, 4),make_pair(5, 5),make_pair(6, 6)
,make_pair(7, 7),make_pair(8, 8),make_pair(9, 9) };
//插入
for (auto e : arr)
map.insert(e);
//=测试和拷贝构造
lz::Map<int, int> map2;
map2 = map;
lz::Map<int, int> map3(map2);
//正向迭代器
auto it = map.begin();
while (it != map.end())
{
//可修改
//it->second = 1;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
it++;
}
cout << endl;
auto cit = map.cbegin();
while (cit != map.cend())
{
//不可修改
/*cit->first = 1;
cit->second = 1;*/
cout << cit->first << ":" << cit->second << endl;
cit++;
}
cout << endl;
//反向迭代器
auto rit = map.rbegin();
while (rit != map.rend())
{
// 可修改
//rit->second = 1;
cout << rit->first << ":" << rit->second << endl;
rit++;
}
cout << endl;
auto crit = map.crbegin();
while (crit != map.crend())
{
//不可修改
/*crit->first = 1;
crit->second = 1;*/
cout << crit->first << ":" << crit->second << endl;
crit++;
}
cout << endl;
//删除测试
for (int i = 0; i < 20; i++)
{
it = map.begin();
map.erase(it);
}
//范围for
for (const auto& str : map)
cout << str.first << ":" << str.second << endl;
}
void Test_Set()
{
lz::Set<string> s1;
string arr[] = {
"left", "左边" ,"right", "右边","up", "向上"
,"down", "向下","left","左边","eat","吃"
,"sleep","睡觉","run","跑","jump","跳" };
if (s1.empty())
cout << "空" << endl;
else
cout << "非空" << endl;
//插入
for (const auto& e : arr)
s1.insert(e);
//测试size
cout << s1.size() << endl;
//测试查找
if (s1.find("睡觉")._pnode != nullptr)
cout << "找到了" << endl;
else
cout << "没找到" << endl;
//测试判空
if (s1.empty())
cout << "空" << endl;
else
cout << "非空" << endl;
//=重载
lz::Set<string> s2;
s2 = s1;
//拷贝构造
lz::Set<string> s3(s2);
for (const auto& e : s1)
cout << e << endl;
cout << endl;
auto it = s1.begin();
for (const auto& e : s1)
{
it = s1.begin();
s1.erase(it);
}
for (const auto& e : s2)
{
it = s2.begin();
s2.erase(it);
}
for (const auto& e : s3)
cout << e << endl;
}
int main()
{
//Test_Set();
//Test_Map1();
//Test_Map2();
//Test_Map3();
return 0;
}
测试中包括了map的功能测试，map字典和计数的实现，以及set的功能测试。
今天的内容到这里就结束了，希望各位小伙伴们能够有所收获，我们下期再见！
