C++——STL标准模板库——容器详解——map

一、基本概念

1、map容器是STL中的一种具备自动排序功能的关联式容器。它提供了一对一的数据处理能力（其中第一个称为关键字，相当于索引，每个关键字在map中唯一，也是排序的主要依据；第二个称为该关键字的值，可以是任意类型），维护数据的对象是pair类型的键值对。pair，键值对的键和值可以是任意类型，一般键为string类型或者int类型，方便维护。

2、pair类型叫做对组，底层是模板结构体，提供两个模板参数。也就是pair，模板参数列表中的参数可以是任意类型。用pair::first读取第一个值，pair::second读取第二个值。

3、map底层结构是红黑树（一种非严格意义上的平衡二叉树），这颗树具有对数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的。并且不会存在重复关键字。

4、multimap和map具备同样的功能，但允许容器内出现重复关键字。

二、构造函数

1、map m;                                        默认构造函数

2、map m(iterator first,iterator last); 区间构造函数，需要提供存储键值对的容器迭代器

3、map m(map& other);      复制构造函数

4、map m(map& other);      移动构造函数

5、map m(initializer_list& _list);        初始化列表构造函数

6、map m;                 自定义排序方式构造函数

map和set一样通过模板参数列表自定义排序方式。编译器默认内置数据类型例如int、double、string均为递增排序，需要递减排序或者关键字为自定义数据时，必须添加自定义排序类型。同样提供了多种重载，需根据实际情况灵活选用。

三、成员函数

（一）迭代器相关函数

1、iterator map::begin();        返回容器第一个元素位置迭代器

2、iterator map::end();           返回容器最后一个元素后面一个位置的迭代器

3、iterator map::rbegin();       返回最后一个元素位置迭代器

4、iterator map::rend();          返回第一个元素前面一个位置的迭代器

cbegin()、cend()、crbegin()、crend()    分别返回以上4种的常量迭代器

（二）大小相关函数

1、size_t map::size();                                返回容器当前元素数量

2、size_t map::max_size();                       返回容器理论上最大容纳元素数量

3、bool map::empty();                               判断容器是否为空

（三）访问函数

1、const T2& map::at(const T1&key);         返回索引key对应元素的常引用

2、T2& map::at(const T1&key);                   返回索引key对应元素的引用

3、T2& map::operator[](const T1&key)       下标符号[]重载，返回索引对应元素引用

以上3种访问函数传入参数均为关键字，而不是下标。当容器中关键字不存在时会出现出界问题。所以在使用前务必确认map容器中存在关键字，才可作为索引值传入。

（四）插入函数

插入元素必须为键值对，同样map元素调用插入函数，返回了对组，multimap调用插入函数返回迭代器iterator

1、insert(const pair&value);                                        复制插入

      例1  insert(pair(T1_value,T2_value);                           

      例2  insert(make_pair(T1_value,T2_value);                             

      例3  insert(map::value_type(T1value,T2_value);         

2、insert(iterator pos,const pair&value);     指定位置插入，其实指定位置没用，返回的迭代器还是指向排序后该元素的位置。

3、inset(initializer _list);                  插入初始化列表，这个列表是pair类型的列表

4、insert(itrator first,itertor last);     插入区间，提供的迭代器必须是储存相同pair类型的容器迭代器

5、insert(const pair&&value);                移动插入只移动关键字，不移动值

6、emplace(pair&&value);                     在容器内构造元素

7、map::operator[](key);            此方法不稳定，当map容器内不存在关键字key时，会自动添加该关键字的键值对。

（五）删除函数

1、size_t map::erase(const T1&key);                     按关键字删除元素，返回删除数量；

2、iterator map::erase(const_iterator&where);       删除指定位置元素，返回该位置迭代器

3、iterator map::erase(iterator first,iterator last);    按区间删除元素，返回起始位置迭代器

4、void map::clear()                                                清空容器

（六）查找函数

1、iterator map::find(const T1&key);     查找关键字，返回迭代器

2、size_t map::count(const T1&key);    返回给定关键字的数量，map容器一般返回1或0

3、iterator map::lower_bound(const T1&key);  返回第一个小于给定关键字元素的迭代器

4、iterator map::upper_bound(const T1&key);  返回第一个大于给定关键字元素的迭代器

5、pair map::equal_range(const T1&key); 返回给定关键字以内的区间

四、使用注意事项

（一）优点

1、数据结构采用红黑树，自身是有序的，插入数据时会自动排序。

2、内部结构采用红黑树，时间复杂度低，效率高。

3、索引方便，可以通过下标key方便的进行存取。

4、所有元素都会根据元素的键值自动排序。

5、不能通过map的迭代器改变键值。因为键值关系搞map元素的排列规则，任意改变map键值，将会严重破坏map组织，修改元素的实值是可以的。

6、在对容器元素进行新增或删除操作时，操作之前的所有迭代器，在操作完成后，依然有效；被删除的那个元素的迭代器无效。

（二）缺点

1、map内部采用红黑数实现，需要额外空间保存节点，会占用多余的空间，典型的以“空间换时间”。

2、使用at()索引时，要确定容器内存在传入的关键字，否则会抛出异常；使用[]索引时，如果容器内没有传入关键字，容器会自动添加改关键字的键值对。

（三）使用注意事项

1、map容器中的元素是pair类型，每个元素包含两个部分：键(key)和值(value)。键是唯一的，而值可以是重复的。在map中不能插入具有相同键的元素。若需要插入相同键的元素，可以使用multimap。

2、map容器的迭代器是双向的，这意味着在遍历过程中删除元素可能会导致未定义的行为。因此，在遍历过程中不应该删除元素。如果需要在遍历过程中删除元素，可以先将需要删除的元素保存下来，遍历完成后再进行删除。

3、map容器中的元素是按照键的顺序进行排序的，因此在使用map容器时需要注意键的类型和比较函数。如果需要自定义比较函数，可以使用map容器的比较函数适配器进行设置。

4、map容器的查找操作的时间复杂度为O(log n)，其中n是map容器中元素的数量。因此，在处理大量数据时，使用map容器可以提高查找效率。但是需要注意的是，由于map容器需要维护元素的顺序，因此在插入和删除元素时可能会比其他容器慢一些。

5、map容器可以用于存储不同类型的元素，例如int和string等。在使用不同类型的元素时需要注意数据的兼容性和比较函数的设置。