底层以红黑树实现的map和set

目录

关联式容器

键值对

set 

set介绍

set使用

模版参数

构造

迭代器

容量

操作

set的使用举例

map

map介绍：

map的使用

map模板参数说明

构造

迭代器

容量和元素访问操作

map中元素的修改

map使用举例：

multiset和multimap

底层结构

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关联式容器

在之前我们已经学习了很多容器，比如vector、list、string等等，这些容器统统成为序列式容器（顺序容器），因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储就是元素本身。

1.顺序容器都提供了快速顺序访问元素的能力

2. 这种顺序依赖于元素加入容器时的相对位置。

3. 这些容器在以下方面有性能折中：

• 向容器添加/删除元素的代价；
• 非顺序访问容器中元素的代价。

4. string和vector将元素保存在连续的内存空间中，因此由元素的下标来计算地址是非常快速的。但是要在这两种容器的中间位置插入或删除元素会非常耗时，因为在插入/删除后需要移动所有的后续元素。

5. 双向链表list和单向链表forward_list两个容器的设计目的是令容器任何位置的插入/删除元素都很快速，但是不支持元素的随机访问，为了访问一个元素，只能遍历整个容器。

而接下来要介绍的map和set是关联式容器

关联容器的元素是按照关键字来保存和访问的。里面存储的是的键值对。与之相对，顺序容器中的元素是按他们在容器中的位置来顺序保存和访问的。

在检索数据时，关联式容器的效率会比序列式容器更高。

键值对

 键值对 pair：用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般包含key和value两个成员变量，key代表键值，value代表与key对应的信息。

STL中的pair：

template 
struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;
	T1 first;
	T2 second;
	//默认构造
    pair()
		:first(T1())
		,second(T2())
	{}

    //拷贝构造
	pair(const T1&a,const T2&b)
		:first(a)
		,second(b)
	{}
};

set 

set介绍

set是Key模型，

1.set中（为了和map对应），也存的是pair键值对，只不过key和value的值相等，并且每个value必须是唯一的。sre中的元素不能在容器中修改（每个元素都是const），但是可以删除或者插入元素。

2.在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象（仿函数）所指示的特点比较准则进行排序的。

3.set容器通过key访问单个元素的速度常常比unordered_set容器慢（哈希），但支持迭代器访问。

4.set在底层是使用红黑树实现的。

注意：

1.与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对,set中放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中没有重复元素

4.set迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。

5.set的默认模版类型参数列表中的仿函数按照小于来比较

6.set中查找默认元素的时间复杂度为O（logN）

set使用

模版参数

 在STL中set的模版参数列表中：

T 存放的value类型（也就是key的类型）

Compare  仿函数（默认按照小于来比较）

Alloc  空间配置器（默认内存池）

构造

empty (1)	explicit set (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造一个空的set
range (2)	template set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare&comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	用[first,last)区间中的元素构造set
copy (3)	set (const set& x);	set的拷贝构造

迭代器

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一个位置的迭代器
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一个位置的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器（就是end（））
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素的下一个位置的反向迭代器（就是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

容量

bool empty() const	检测set是否为空
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

操作

pair insert(const value_type& x)	在set中插入元素x，实际插入的是构成的pair，如果插入成功返回<该元素在set中的位置，true> 如果插入失败返回（因为插入失败只有一种情况那就是在set中钙元素已经存在）
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 end)	删除set中区间[first,end)中的元素
void swap(set&st);	交换两个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(0或者1)

set的使用举例

例

#include 
void TestSet()
{
    // 用数组array中的元素构造set
    int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 
6, 8, 0 };
 set s(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));
 cout << s.size() << endl;
 // 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可去重
 for (auto& e : s)
 cout << e << " ";
 cout << endl;
 // 使用迭代器逆向打印set中的元素
 for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
 cout << *it << " ";
 cout << endl;
 // set中值为3的元素出现了几次
 cout << s.count(3) << endl;
}

map

map介绍：

map是KV模型

1.map是关联容器，他按照特定的次序（按照key来比较）存储由键值key和值value组合而成的元素。

2.mao中的键值key常用于排序和唯一的标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和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 pairvalue_type;

3.在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。

4.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）。

5.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。

6.map通常被实现为二叉搜索树

map的使用

map模板参数说明

key：键值对中key的类型 

T：键值对中value的类型

Compare：仿函数，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下（内置类型元素）该参数不需要传递，如果无法比较时（自定义类型），需要用户自己显示传递比较规则（一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递）

Alloc：空间配置器 默认内存池

构造

map（）

构造一个空的map

迭代器

begin()和end()	begin（）首元素迭代器，end（）最后一个元素的下一个位置的迭代器
cbegin()和cend()	与begin（）和end（）意义相同，但是cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin==end，rend==begin,反向迭代器器的++就是迭代器的-  -
crbegin()和crend()	返回const的rbegin和rend

容量和元素访问操作

bool empty() const	检测map是否为空
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[ ](const key_type& k)	返回key对应的value

需要注意的是：当key不在map中时，通过operator去获取对应的value时，operator[]会用默认的value与key构造键值然后插入，返回该默认value。

对于元素访问，还有一个at（）函数，当要访问的key不存在时，会直接抛异常。

map中元素的修改

pairinsert(const value_type& x)	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是个键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表是否插入成功
void erase(iterator position)	删除position位置上的元素
size_type erase(const key_type& x)	删除键值为x的元素
void erase(iterator first,iterator last)	删除区间[first,last)区间中的元素
void clear()	将map中的元素清空
void swap(map&mp)	将两个map中的元素全部交换
iterator find(const key_type& x)	在map中插入key为x的元素，找到并返回该元素位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find(const key_type& x) const	在map中插入key为x的元素，找到并返回该元素的const迭代器，否则返回cend
size_type count (const key_type& x)const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因为此该函数的返回值要么为0要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

map使用举例：

void Testmap()
{
	map m;
	//向map中插入元素的方式： 
	//将键值对插入map中，用pair直接来构造键值对
	m.insert(pair("peach", "桃子"));

	//将键值对插入map中，用make_pair函数来构造键值对
	m.insert(make_pair("monkey", "猴子"));

	//借用operator[]来向map中插入没有的元素
	m["apple"] = "苹果";

	//key不存在时抛异常 就用at 例如m.at("apple") ="苹果";

	cout << m.size() << endl;

	//用迭代器去遍历
	for (auto& e : m)
	{
		cout << e.first << "对应的中文是：" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;

	//map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
	auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃子"));
	if (ret.second)//ret的second是一个bool，插入成功就是true反之则是false
		cout << "不在map中，已经插入" << endl;
	else
		cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "-----" << ret.first->second << "插入失败" << endl;

	//删除key为"apple"的元素
	m.erase("apple");
	if (1 == m.count("apple"))
		cout << "apple还在" << endl;
	else
		cout << "apple被删了" << endl;
}

总结：

1.map是KV模型，其中的元素是键值对

2.map中的key是唯一的，并且是不能修改的

3.默认按照小于的方式对key进行比较

4.map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列

5.map的底层为红黑树，查找效率非常高O(logN)

6.map支持[] 访问，operator[]中实际进行插入查找

multiset和multimap

multiset和mutimap允许冗余（key冗余）

底层结构

对于map和set，他们底层都是用二叉搜索树来实现的，但是二叉搜索树也有它自身的缺陷：

在数据有序或者接近有序的情况下插入效率非常低下。时间复杂度为O(N)

因此我们对map、set等关联式容器的底层结构的二叉树进行平衡处理，即采用平衡树来解决。