C++ map用法详细总结40例

C++ map用法详细总结

C++ 中的 std::map 是标准库中的一种关联容器，它提供了一种键值对的存储方式，其中键是唯一的，并且按照升序排序。以下是对 std::map 的详细用法总结：

1. 定义与初始化

#include 
using namespace std;

// 声明一个 map，键为 string 类型，值为 int 类型
map<string, int> myMap;

// 直接初始化
map<string, int> myMap2 = {
    {"Alice", 85},
    {"Bob", 90},
    {"Charlie", 95}
};

2. 插入元素

// 插入单个键值对
myMap["David"] = 88;

// 使用 insert 方法插入
pair<map<string, int>::iterator, bool> result = myMap.insert({"Eve", 92});

3. 查找元素

// 查找键
auto it = myMap.find("Alice");
if (it != myMap.end()) {
    cout << "Alice's grade: " << it->second << endl;
} else {
    cout << "Alice not found." << endl;
}

// 使用 at() 获取值，若键不存在则抛出异常
try {
    cout << "Charlie's grade: " << myMap.at("Charlie") << endl;
} catch (const out_of_range&) {
    cout << "Charlie not found." << endl;
}

4. 删除元素

// 删除指定键的元素
myMap.erase("Alice");

// 删除迭代器指向的元素
auto it2 = myMap.find("Bob");
if (it2 != myMap.end()) {
    myMap.erase(it2);
}

5. 遍历

// 使用迭代器遍历
for (auto it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {
    cout << it->first << ": " << it->second << endl;
}

// 使用范围for循环遍历
for (const auto& entry : myMap) {
    cout << entry.first << ": " << entry.second << endl;
}

6. 访问成员函数

• size()：返回 map 中元素的数量。
• empty()：如果 map 为空则返回 true，否则返回 false。
• clear()：清空 map 内的所有元素。
• count(key)：返回 key 出现的次数（对于 map 总是 0 或 1，因为键是唯一的）。
• lower_bound(key) 和 upper_bound(key)：返回指向首个大于等于（小于）key的元素的迭代器。

7. 修改元素

// 更新已有键的值
myMap["David"] = 90;

8. 注意事项

• map 中的键值对是根据键的升序排列的。
• map 的键是不可变的，一旦插入就不能更改键的值。
• map 的迭代器在删除元素时可能会失效，除非你使用的是 erase() 返回的新迭代器。

以上总结了C++中 std::map 关键用法，实际使用时应根据具体需求选择合适的方法操作。

9. 使用 equal_range 查找键值范围

equal_range 函数返回一个迭代器对，该对包含 map 中与给定键相等的所有元素的范围（对于 map，始终只有一个元素）。这对于在已排序的键值对中查找键值范围特别有用。

auto range = myMap.equal_range("Bob");

for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
    cout << it->first << ": " << it->second << endl;
}

10. 使用 emplace 添加元素

emplace 函数可以在 map 中直接构造（而不是拷贝或移动）元素，从而节省时间和空间。它接受与 map 键值对类型相同的参数。

myMap.emplace("Frank", 93); // 直接在map中构造新的键值对

11. 使用 cbegin 和 cend 获取常量迭代器

当你需要在不影响 map 的情况下遍历其元素时，可以使用 cbegin() 和 cend() 获取常量迭代器。

for (const auto& entry : myMap) {
    // 使用常量引用，不会修改 map 中的元素
}

// 或者使用常量迭代器
for (auto it = myMap.cbegin(); it != myMap.cend(); ++it) {
    // ...
}

12. 排序规则自定义

默认情况下，std::map 的键按照 < 运算符进行排序。如果要使用其他比较函数，可以提供一个自定义的比较器。

struct CustomComparator {
    bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {
        return a.length() < b.length(); // 按字符串长度排序
    }
};

std::map<std::string, int, CustomComparator> myCustomMap;

13. 使用 multimap 存储重复键

std::multimap 类似于 std::map，但允许有重复的键，每个键可以关联多个值。

总之，C++ std::map 提供了丰富的功能，支持高效的键值对存储和检索，尤其适合那些需要根据键排序并保持唯一性的场景。通过熟练掌握上述用法，你可以更好地利用这一强大工具。

14. 判断 map 是否包含某个键

除了使用 find 函数检查键是否存在之外，也可以直接使用 count 函数。count 函数返回键在 map 中出现的次数，对于 map 来说，如果键存在则返回1，否则返回0。

if (myMap.count("Alice") > 0) {
    cout << "Alice is in the map." << endl;
} else {
    cout << "Alice is not in the map." << endl;
}

15. 访问 map 的第一个和最后一个元素

• begin() 返回指向 map 中第一个元素（按键值排序）的迭代器。
• end() 返回指向 map 结束点的迭代器，不指向任何元素。
• rbegin() 和 rend() 分别返回逆向迭代器，指向 map 中最后一个元素（按键值排序）和逆向迭代器的结束点。

// 输出 map 中的第一个元素
if (!myMap.empty()) {
    std::cout << "First element: " << myMap.begin()->first << ": " << myMap.begin()->second << std::endl;
}

// 输出 map 中的最后一个元素
if (!myMap.empty()) {
    std::cout << "Last element: " << myMap.rbegin()->first << ": " << myMap.rbegin()->second << std::endl;
}

16. 使用 emplace_hint 插入元素

emplace_hint 函数类似于 emplace，但在已经知道插入点的情况下，可以提供一个迭代器提示，有可能提高插入效率。

auto hint = myMap.lower_bound("David"); // 获取可能的插入点
myMap.emplace_hint(hint, "Eve", 91); // 在 "David" 之后或相应位置插入新的键值对

17. 使用 extract 移除并返回元素

C++17 引入了 extract 函数，可以从容器中移除元素并返回一个包含该元素的 std::pair，其中 .first 是指向元素的迭代器，.second 是一个包含了原容器中元素的 std::optional。

if (auto result = myMap.extract("Alice"); result.second) {
    std::cout << "Removed Alice with grade: " << result.first->second << std::endl;
    // 可以将移除的元素插入到另一个 map 中
    anotherMap.insert(std::move(result.first));
}

通过熟悉这些高级用法和功能，开发者可以更加灵活高效地使用 C++ 的 std::map 容器。

18. 使用 merge 合并两个 map

C++17 中引入了 merge 函数，可以将一个 map 的内容合并到另一个 map 中，合并过程中如果遇到相同键值，后者会替换前者。

std::map<std::string, int> map1 = {{"Alice", 85}, {"Bob", 90}};
std::map<std::string, int> map2 = {{"Bob", 92}, {"Charlie", 95}};

map1.merge(map2); // 合并后，map1 中 Bob 的成绩变为 92

// map1: {"Alice": 85, "Bob": 92, "Charlie": 95}
// map2: {}

19. 使用 extract 和 insert 实现元素移动

extract 函数可以配合 insert 函数实现元素在 map 间的移动，而不仅仅是复制。

std::map<std::string, int> map1, map2;

// ... 填充 map1 和 map2 ...

// 将 map1 中的 "Alice" 移动到 map2
if (auto it = map1.extract("Alice"); it.second) {
    map2.insert(std::move(it.mapped()));
}

// 此时 map1 不再包含 "Alice"

20. 使用 swap 函数交换两个 map 的内容

swap 函数可以交换两个 map 的所有内容，包括内部的键值对及其顺序。

std::map<std::string, int> map1 = {{"Alice", 85}, {"Bob", 90}};
std::map<std::string, int> map2 = {{"Charlie", 95}, {"David", 98}};

std::swap(map1, map2);

// 交换后，map1 和 map2 的内容互换

通过学习和实践以上 std::map 的各种用法，开发者能够更好地应对不同场景下的键值对存储和查询需求，编写出高效且易于维护的代码。

当然，以下是更多的 std::map 使用示例：

21. 使用 lower_bound 和 upper_bound 实现范围查找

这两个函数可以用来找到 map 中第一个大于等于（小于）指定键的元素，适用于查找某一键值范围内的所有元素。

std::map<std::string, int> grades = {{"Alice", 85}, {"Bob", 90}, {"Charlie", 95}, {"David", 98}};

auto lower = grades.lower_bound("Bob");
auto upper = grades.upper_bound("David");

for (auto it = lower; it != upper; ++it) {
    std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
}
// 输出：Bob: 90 Charlie: 95

22. 使用 emplace_hint 并结合 find 获取更好的插入性能

当已知要插入的位置附近时，可以先用 find 查找，然后将返回的迭代器作为 emplace_hint 的参数。

std::map<std::string, int> grades;
auto it = grades.find("Bob");
grades.emplace_hint(it, "Alice", 85); // 如果 "Bob" 已经在 map 中，那么 "Alice" 将插入在其之前

23. 使用 key_comp 和 value_comp 比较器

key_comp 返回一个可以用来比较键的仿函数，value_comp 返回一个可以用来比较元素（键值对）的仿函数。

std::map<std::string, int> grades;

// 检查两个键是否按 map 的排序规则相等
if (grades.key_comp()("Alice", "Bob") == 0) {
    // ...
}

// 检查两个键值对是否按 map 的排序规则相等
if (grades.value_comp()(std::make_pair("Alice", 85), std::make_pair("Bob", 90)) == 0) {
    // ...
}

24. 使用 equal_range 进行精确查找

equal_range 返回一个迭代器对，表示 map 中所有键等于给定键的元素范围，对于 map，这始终只包含一个元素。

auto range = grades.equal_range("Alice");
assert(range.first == range.second); // 如果 "Alice" 不存在于 map 中，两者相等

25. 使用 max_size 查询最大容量

max_size 函数返回 map 可能容纳的最大元素数量，但实际可用空间可能受系统限制影响。

std::size_t maxSize = grades.max_size();
std::cout << "Max possible size of grades map: " << maxSize << std::endl;

26. 使用 reserve 预留空间

虽然 map 不能像 vector 那样直接预留空间，但它会根据需要动态调整内部数据结构，以适应增加的元素。

27. 使用 extract 与 emplace 实现原子化的更新操作

可以提取元素、修改其值，然后重新插入，确保在多线程环境下的原子性。

if (auto entry = grades.extract("Bob"); entry.second) {
    entry.mapped() = 92; // 修改值
    grades.emplace_hint(entry.position(), std::move(entry)); // 重新插入
}

28. 使用 extract 移除元素并转换为普通对象

extract 函数可以将 map 中的元素提取出来，并转换为一个普通的键值对（std::pair）。

if (auto entry = grades.extract("Bob"); entry.second) {
    std::pair<const std::string, int> extractedPair = *entry;
    // 使用 extractedPair 进行进一步操作
}

29. 使用 extract 清空 map

可以通过连续调用 extract 并忽略返回值来清空 map。

while (!grades.empty()) {
    grades.extract(grades.begin());
}

30. 使用 std::transform 迭代 map 并应用函数

结合迭代器和 std::transform 函数，可以对 map 中的所有值执行某种计算。

std::map<std::string, int> gradesCopy;
std::transform(grades.begin(), grades.end(),
               std::inserter(gradesCopy, gradesCopy.end()),
               [](const auto& pair) {
                   return std::make_pair(pair.first, pair.second * 2); // 示例：将成绩加倍
               });

以上示例展现了 std::map 更多的特性和用法，帮助开发者深入了解并有效地使用这一容器。

31. 使用 std::copy 将 map 转换为 vector

可以将 map 的键或值复制到 vector 中。

std::vector<std::string> keys;
std::copy(grades.begin(), grades.end(),
          std::back_inserter(keys),
          [](const auto& pair) { return pair.first; });

std::vector<int> values;
std::transform(grades.begin(), grades.end(),
               std::back_inserter(values),
               [](const auto& pair) { return pair.second; });

32. 使用 std::all_of, std::any_of, std::none_of 对 map 进行条件检查

bool allAbove90 = std::all_of(grades.begin(), grades.end(),
                           [](const auto& pair) { return pair.second > 90; });

bool anyBelow80 = std::any_of(grades.begin(), grades.end(),
                           [](const auto& pair) { return pair.second < 80; });

bool noneEqual95 = std::none_of(grades.begin(), grades.end(),
                            [](const auto& pair) { return pair.second == 95; });

33. 使用 std::accumulate 计算 map 中所有值的总和

int totalScore = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0,
                                [](int sum, const auto& pair) { return sum + pair.second; });

34. 使用 std::for_each 对 map 进行遍历并打印

std::for_each(grades.begin(), grades.end(),
              [](const auto& pair) { std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl; });

35. 使用 std::map::extract 结合 std::set 移除特定键集合中的元素

std::set<std::string> studentsToRemove = {"Alice", "Bob"};
for (const auto& student : studentsToRemove) {
    if (auto it = grades.extract(student); it.second) {
        // 已成功移除学生
    }
}

36. 使用 std::map::emplace_hint 更新已存在的键值对

auto it = grades.find("Charlie");
if (it != grades.end()) {
    grades.emplace_hint(it, "Charlie", it->second + 1); // 假设将成绩增加1分
}

37. 使用 std::unordered_map 改善查找性能（散列映射）

在某些场景下，如果你不需要键有序且查找速度更为关键，可以考虑使用 std::unordered_map。

std::unordered_map<std::string, int> unorderedGrades;
// ... 插入和访问方式类似 ...

38. 使用 std::map::key_type 和 mapped_type 获取键和值的类型

using StudentName = std::map<std::string, int>::key_type;
using Grade = std::map<std::string, int>::mapped_type;

39. 使用 std::advance 移动迭代器

auto it = grades.begin();
std::advance(it, 2); // 移动到第三个元素的位置

40. 使用 std::prev 和 std::next 访问相邻元素

auto it = std::next(grades.begin()); // 第二个元素
auto previous = std::prev(it); // 第一个元素
auto next = std::next(it); // 第三个元素

请注意，在实际项目中，应结合具体情况合理使用这些技术，以达到代码简洁、高效的目的。

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