C++ 地图 + 配对组合！3 分钟吃透 map 和 pair 的黄金搭档

在 C++ 编程里，map 和 pair 是标准库中十分实用的工具，能让我们高效地处理数据。下面这个简单的代码示例就展示了它们是如何配合使用的：

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::map<int, std::string> studentMap;

    // 使用 std::pair 显式构造插入
    studentMap.insert(std::pair<int, std::string>(1, "Alice"));
    // 使用花括号隐式构造插入
    studentMap.insert({2, "Bob"});

    // 遍历 map 并输出键值对
    for (const auto& entry : studentMap) {
        std::cout << "学号: " << entry.first << ", 姓名: " << entry.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

在这段代码中，我们创建了一个 map，它的键是 int 类型（代表学号），值是 string 类型（代表姓名）。接着，我们使用 pair 来创建键值对并插入到 map 中。最后，通过遍历 map 输出存储的信息。从这个示例中可以看出，pair 为 map 提供了一种方便的方式来组织和存储键值对。接下来，让我们深入探讨 map 和 pair 的详细特性、使用方法以及它们之间的关系。

pair

一、 基本概念

pair 是 C++ 标准库中的一个模板类，用于将两个不同类型的值组合成一个单元。它提供了一种简单的方式来存储和传递多个相关数据，而无需定义复杂的结构体或类。

二、pair 的声明与初始化

#include  // 包含pair的头文件

// 方式1：显式指定类型并初始化
std::pair<int, std::string> student(1001, "Alice");

// 方式2：使用自动类型推导（C++11+）
auto student = std::make_pair(1001, "Alice");

// 方式3：直接初始化
std::pair student(1001, "Alice"); // C++14+

三、成员访问与修改

pair 有两个公共成员变量：first 和 second。

// 访问成员
int id = student.first;     // 1001
std::string name = student.second; // "Alice"

// 修改成员
student.second = "Bob"; // 现在second为"Bob"

四、常用操作

1. 比较运算

pair 支持按字典序比较：

std::pair<int, int> a(1, 2);
std::pair<int, int> b(1, 3);
std::cout << (a < b); // 输出1（因为a.second < b.second）

2. 交换值

std::swap(a, b); // 交换a和b的值

3. tie 函数（解包 pair）

auto [id, name] = student; // C++17结构化绑定
std::cout << id << " " << name; // 输出1001 Bob

通常在算法竞赛或者编程中，大家习惯用#define PII pair来简化代码，提高代码的可维护性:

#include 
#include 
#include 

// 定义宏 PII 为 pair
#define PII pair<int, int>

int main() {
    // 使用 PII 来声明变量
    PII point(1, 2);
    std::cout << "第一个元素: " << point.first << std::endl;
    std::cout << "第二个元素: " << point.second << std::endl;

    // 在队列中使用 PII
    std::queue<PII> q;
    q.push({3, 4});
    PII front = q.front();
    std::cout << "队列队头元素的第一个值: " << front.first << std::endl;
    std::cout << "队列队头元素的第二个值: " << front.second << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，#define PII pair 定义了一个宏 PII，之后在代码里就可以使用 PII 来替代 pair进行变量声明和使用。例如 PII point(1, 2); 就相当于 pair point(1, 2);。

五、pair 的应用场景

1. 返回多个值：

   std::pair<int, double> calculate() {
       return {100, 3.14};
   }
   

2. 存储键值对：

   std::map<std::string, int> scores = {
       {"Alice", 90},
       {"Bob", 85}
   };
   

3. 临时数据组合：

   std::vector<std::pair<int, char>> data = {
       {1, 'A'},
       {2, 'B'}
   };
   

六、pair 与结构体 / 类的对比

特性	pair	结构体 / 类
定义方式	无需显式定义，直接使用模板	需要定义 struct/class
成员访问	通过.first 和.second 直接访问	通过成员变量或 getter 方法
扩展性	固定两个元素，无法扩展	可灵活添加成员变量
适用场景	简单数据组合，临时使用	复杂数据模型，需要封装

七、pair 与 tuple 的对比

特性	pair	tuple
元素数量	固定两个	任意数量（≥0）
类型推导	自动推导（make_pair）	自动推导（make_tuple）
访问方式	.first 和.second	get<0>()、get<1>() 等
应用场景	简单二元组合	多元数据组合

八、代码示例

1. 返回多个值

#include 
#include 

std::pair<int, double> get_data() {
    return std::make_pair(100, 3.14);
}

int main() {
    auto [id, value] = get_data();
    std::cout << "ID: " << id << ", Value: " << value << std::endl;
    return 0;
}
// 输出：ID: 100, Value: 3.14

2. 存储键值对

#include 
#include 

int main() {
    std::map<int, std::string> students = {
        {1001, "Alice"},
        {1002, "Bob"}
    };
    
    for (const auto& [id, name] : students) {
        std::cout << id << " -> " << name << std::endl;
    }
    return 0;
}
// 输出：
// 1001 -> Alice
// 1002 -> Bob

九、总结

• 核心作用：将两个不同类型的值绑定为一个单元。
• 优势：简洁、易用、无需额外定义结构。
• 局限：固定两个元素，扩展性差。

map

一、基本概念

map 是 C++ 标准模板库（STL）中的一个关联容器，用于存储键值对（key-value pairs），并支持高效的查找、插入和删除操作。其核心特性如下：
• 有序性：默认按键（key）的升序排列（底层基于红黑树实现）。
• 唯一性：每个键只能出现一次，不允许重复。
• 快速访问：查找、插入、删除的平均时间复杂度为 O(log n)。

二、map 的声明与初始化

#include 
#include 

// 声明：键为int类型，值为string类型
std::map<int, std::string> myMap;

// 初始化方式
std::map<int, std::string> scores = {
    {1, "Alice"},
    {2, "Bob"},
    {3, "Charlie"}
};

三、常用操作

1. 插入元素

// 方式1：使用insert()函数
myMap.insert({4, "David"});

// 方式2：直接赋值（若键不存在则插入，存在则覆盖）
myMap[5] = "Eve";

2. 查找元素

// 方式1：使用find()函数
auto it = myMap.find(3);
if (it != myMap.end()) {
    std::cout << "键3对应的值：" << it->second << std::endl;
}

// 方式2：直接访问（若键不存在则自动插入默认值）
std::cout << myMap[2] << std::endl;  // 输出Bob

3. 删除元素

// 删除键为5的元素
myMap.erase(5);

// 删除所有元素
myMap.clear();

4. 遍历元素

// 使用迭代器遍历
for (auto& pair : myMap) {
    std::cout << "键：" << pair.first << "，值：" << pair.second << std::endl;
}

四、map 的应用场景

1. 字典查询：如单词到释义的映射。
2. 统计频率：统计字符或数字出现的次数。
3. 快速查找：根据唯一标识（如 ID、座位号）快速获取信息。
4. 有序存储：需要按键排序的场景（如学生成绩排名）。

五、注意事项

1. 键的类型：键必须是可比较的（默认使用 < 运算符）。
2. 重复键：插入重复键会被忽略（不会报错）。
3. 性能：若不需要有序性，优先使用 unordered_map 提高效率。