STL学习笔记-- set

set集合容器

    set集合容器使用一种称为红黑树(Red-Black Tree) 的平衡二叉检索树的数据结构，来组织泛化的元素数据。每个节点包含一个取值红色或黑色的颜色域，以利于进行树的平衡处理。作为节点键值的元素的插入，必须确保每个子树根节点的键值大于左子树所有节点的键值，而小于右子树所有节点的键值。不会将重复的键值插入容器，也不需要指定具体的插入位置，而按元素在树中的关联关系，进行位置检索和插入，元素的删除亦然。
    元素数据的检索，使用的是二叉检索树的中序遍历算法，检索的效率高于 vector 、 deque 和 lsit 等容器。由于采用中序遍历算法可将二叉检索树的键值，由小到大排列遍历出来，因此 set 集合容器蕴含了元素间的有序性。
    作为一种关联容器，set 集合容器实现了 Unique Sorted Associative Container 和 Simple Associative Container 概念的函数定义要求。以熟悉的函数形式提供了元素插入、删除 和检索的功能，封装了二叉树的复杂操作。
    set 集合容器的C++标准头文件为 set ，需要先用宏语句 "#include <set>" 包含进来方可使用


创建 set 对象
为了管理 set 的二叉树的链表数据，先要利用 set 容器的构造函数，创建一个 set 对象。
1.    set()
    用默认的 less<T> 函数对象和内存分配器，创建一个没有任何数据元素的 set 对象，例如，下面一行代码创建了一个空的 set 对象 s ，元素类型为 int
    set<int> s;

2.    set(const key_compare& comp)
    指定一个比较函数对象comp 来创建 set 对象，内存分配器为默认值。
    例如，下面的的代码使用自定义的函数对象 strLess ，创建一个 set 容器对象 s 。
    // 定义字符串比较函数对象 strLess
    struct  strLess
    {
        bool  operator()(const char* s1, const char* s2)  const
        {
            return  strcmp(s1, s2) < 0;
        }
    };
    // 创建 set 容器对象 s    
    set<const char*, strLess>  s(strLess());  
    // 将1和2对比起来看。    1.是说，创建的set容器对象，默认是从小到大排序的。。。2.是说，可以自己写一个结构体，在创建的时候传入这个结构体，让set 容器元素的排序，按照我们定义的方式来进行。。 。

3.    set(const set&)
    set拷贝构造函数，通过红黑树的拷贝构造函数，实现两个set容器的元素、头节点和节点个数的拷贝。
    下面的代码，利用 set 容器对象 s1 ，拷贝生成 set 容器对象 s2。
    // set<int>  s1;
    set<int>  s2(s1);

4.    set(InputIterator first, InputIterator last)
    用迭代器区间 [first, last) 所指的元素，创建一个 set 对象。
    例如，下面代码将数组 iArray 的元素插入到 set 容器对象 s 的红黑树中。
    int iArray[] = {13, 32, 19};
    set<int>  s(iArray, iArray + 3);

5.    set(InputIterator first, InputIterator last, const key_compare& comp)
    用迭代器区间 [first, last) 所指的元素和 comp 函数对象，创建一个 set 对象。
    例如，下面的代码利用上面定义的 strLess 函数对象和数组 szArray ，创建 set 对象 s 。
    const  char*  szArray = {"Hello", "dog", "bird"};
    set<const char*, strLess >   s(szArray, szArray + 3, strLess());




元素的插入
set 并没有固定的所谓尾部插入 push_back 函数，元素的插入一般使用 insert 进行动态检索插入。
如下的 3 个 insert 函数，或将一个元素插入 set 容器，或将一个迭代器区间的元素加以插入。
1.    pair<iterator, bool>  insert(const value_type& v)
    将元素 v 插入 set 容器，要求 v 值不与 set 容器的任何元素重复，否则插入失败。返回一个 pair 配对对象，提供所插入元素的迭代器位置和 true/false 插入成功标志
    
2.    iterator insert(iteraotr position, const value_type& v)
    将元素 v 插入 set 容器，参数 position 只是提示可在 position 位置之前插入 v ，所返回的插入位置视实际情况而定，不一定能在 position 位置前插入。
    
3.    void insert(InputIterator first, InputIterator last)
    将某迭代器区间 [first, last) 所指的数据作为元素，插入到 set 容器。
    如果希望提供一个是否插入成功的信息，可以使用返回 pair 对象的 insert 函数进行插入，如下面的代码所示。
    set<int>  sInt;
    sInt.insert(10);
    pair<set<int>::iterator, bool>  p = sInt.insert(19);
    if(p.second)
        cout<<"插入新元素"<<*(p.first) << endl;
    else
        cout<<"已存在该元素，不重复插入"<<endl;




        
        
元素的删除
与插入一样，set 容器也具有高效的红黑树元素的删除处理，并自动重新调整内部的红黑树平衡。
如下的删除函数，可删除某个迭代器位置上的元素、等于某键值的元素、一个区间上的元素和容器的所有元素。
1.    void erase(iterator position)
    删除 position 所指的元素

2.    size_type erase(const key_type& k)
    删除等于键值 k 的那个元素，对于 set 容器来说，此函数总是返回值1，因为 set 容器不会出现重复的元素值（键值）
    
3.    void erase(iterator first, iterator last)
    删除 set 迭代器区间 [first, last) 上的所有元素
    
4.    void clear()
    删除所有元素，但不会删除内部红黑树的头节点

 

 

遍历 set 容器元素

 1 /*        解释：
 2     利用【前向】迭代器进行访问，自动将这些整数【由小到大】打印出来
 3 */
 4 
 5 -------------------------------------------------------- 遍历 set 容器元素
 6 #include <set>
 7 #include <iostream>
 8 using namespace std;
 9 int main()
10 {
11     // 注意，我插入的元素是乱序、有重复的
12     set<int> sInt;
13     sInt.insert(10);
14     sInt.insert(15);
15     sInt.insert(11);
16     sInt.insert(17);
17     sInt.insert(13);
18     sInt.insert(19);
19     sInt.insert(19);  // 重复插入，被 set 容器舍弃
20     // 打印二叉树的数据
21     set<int>::iterator i, iend;
22     iend = sInt.end();
23     for (i=sInt.begin(); i!=iend; ++i)
24         cout << *i << ' ';
25     cout << endl;
26 
27     return 0;
28 }

 

反向遍历 set 容器元素

 1 /*        解释：
 2     利用 set 容器定义的【反向迭代器】 reverse_iterator 和 const_reverse_iterator ，可实现红黑树的【逆中序遍历】，从而将元素【由大到小】遍历出来。反向遍历，通常需要用到 rebegin 和 rend 函数，给出反向遍历的开始位置和结束位置。
 3 */
 4 
 5 -------------------------------------------------------- 反向遍历 set 容器元素
 6 #include <set>
 7 #include <iostream>
 8 using namespace std;
 9 int main()
10 {
11     // 注意，我插入的元素是乱序、有重复的
12     set<int> sInt;
13     sInt.insert(10);
14     sInt.insert(15);
15     sInt.insert(11);
16     sInt.insert(17);
17     sInt.insert(12);
18     sInt.insert(18);
19     sInt.insert(18);
20     sInt.insert(18);
21     // 反向 打印二叉树的数据
22     set<int>::reverse_iterator ri, riend;
23     riend = sInt.rend();
24     for (ri=sInt.rbegin(); ri!=riend; ++ri)
25         cout << *ri << ' ';
26     cout << endl;
27 
28     return 0;
29 }

 

set 容器元素的搜索

 1 /*        解释：
 2     set容器提供了一个应用红黑树进行搜索的函数 find ，返回的迭代器值位搜索到的元素位置，如果元素不存在，则返回一个 end 结束元素的位置。
 3 */
 4 
 5 -------------------------------------------------------- set 容器元素的搜索
 6 #include <set>
 7 #include <iostream>
 8 using namespace std;
 9 int main()
10 {
11     set<int> sInt;
12     sInt.insert(10);
13     sInt.insert(15);
14     sInt.insert(11);
15     sInt.insert(17);
16     sInt.insert(13);
17     sInt.insert(19);
18     sInt.insert(1);
19 
20     // 搜索元素 13
21     int v = 13;
22     set<int>::iterator i_v = sInt.find(v);
23     cout << *i_v << endl;
24 
25     // 搜索不存在的元素 100
26     v = 100;
27     i_v = sInt.find(v);
28     if (i_v != sInt.end())
29         cout << *i_v << endl;
30 
31     return 0;
32 }

 

set 的 empty 和 size 函数

 1 /*        其他常用函数
 2 empty()    
 3 size()
 4 swap()
 5 lower_bound()    下确界函数，返回第一个 > elem 元素的迭代器
 6 upper_bound()    上确界函数，返回第一个 > elem 元素的迭代器
 7 equal_range()  返回容器中与elem相等的上下限的两个迭代器。上限是闭区间，下限是开区间，如[beg,end)。以上函数返回两个迭代器，而这两个迭代器被封装在pair中。以下讲解pair的含义与使用方法。
 8 */
 9 
10 -------------------------------------------------------- set 的 empty 和 size 函数
11 #include <set>
12 #include <iostream>
13 using namespace std;
14 int main()
15 {
16     set<int> sInt;
17     sInt.insert(5);
18     sInt.insert(6);
19     sInt.insert(7);
20     sInt.insert(8);
21     sInt.insert(4);
22 
23     // 打印元素个数
24     if (sInt.empty())
25         cout << "set 容器为空" << endl;
26     else
27         cout << "set 容器元素个数为：" << sInt.size() << endl;
28 
29     return 0;
30 }

 

 1 ------------------------------   浅谈一下 pair
 2 （在关于 map 容器的笔记中，会更多地用到 pair. pair 很强大的，这里只是小试牛刀而已）
 3 
 4 pair译为对组，可以将两个值视为一个单元。
 5 pair<T1,T2>存放的两个值的类型，可以不一样，如T1为int，T2为float。T1,T2也可以是自定义类型。
 6 pair.first是pair里面的第一个值，是T1类型。
 7 pair.second是pair里面的第二个值，是T2类型
 8 
 9 // pair 和 equal_range 的配合使用 
10 例如 set<int> setInt;
11 ...  //往setInt容器插入元素1,3,5,7,9
12 pair< set<int>::iterator , set<int>::iterator > pairIt = setInt.equal_range(5);
13 set<int>::iterator itBeg = pairIt.first;
14 set<int>::iterator itEnd = pairIt.second;
15 //此时 *itBeg==5  而  *itEnd == 7

 

 

1 -------------------------  浅谈一下 functor
2 尽管函数指针被广泛用于实现函数回调，但C++还提供了一个重要的实现回调函数的方法，那就是函数对象。
3 functor，翻译成函数对象，伪函数，算符，是重载了“()”操作符的普通类对象。从语法上讲，它与普通函数行为类似。

 

Functor 的一个实际例子

 1 // 题目：学生包含学号，姓名属性，现要求任意插入几个学生对象到set容器中，使得容器中的学生按学号的升序排序。
 2 
 3 #pragma warning(disable:4786)
 4 #include <set>
 5 #include <iostream>
 6 using namespace std;
 7 // 学生类
 8 class CStudent
 9 {
10 public:
11     CStudent(int nID, string strName)
12     {
13         m_nID = nID;
14         m_strName = strName; 
15     }
16 
17 public:
18     int m_nID;
19     string m_strName;
20 };
21 
22 // 函数对象 , 多看几遍，找一些相关的例子，就能理解了
23 struct studentFunctor
24 {
25     bool operator() (const CStudent &stu1, const CStudent &stu2)
26     {
27         return (stu1.m_nID < stu2.m_nID);
28     }
29 };
30 
31 int main()
32 {
33     set<CStudent, studentFunctor> setStu;
34     setStu.insert(CStudent(3, "小张"));
35     setStu.insert(CStudent(1, "小李"));
36     setStu.insert(CStudent(5, "小王"));
37     setStu.insert(CStudent(7, "小军"));
38 
39     set<CStudent, studentFunctor>::iterator it,itend;
40     itend = setStu.end();
41     // 按 ID 顺序，从小到大排列
42     for (it=setStu.begin(); it!=itend; ++it)
43     {
44         // 字符串，用 c_str() 函数来显示(string容器会讨论)
45         cout << it->m_strName.c_str() << "   ";
46     }
47 
48     return 0;
49 }

 

 

 

------------------------ set 小结
    set 集合容器是一个有序关联容器，所包含的元素必须是唯一的，不能插入重复的元素(如果重复插入了，程序会自动舍弃重复的元素)。由于使用了红黑树这种特殊的平衡二叉检索树管理元素数据，具有高效的元素插入、删除和检索。元素检索的算法时间复杂度位 【log2 N】，也即 2 的 N 次方个元素的检索，只需要 N 此比较操作。。。。厉害吧。
    pair ，Functor 是比较高级的用法，必须掌握。多看例子，慢慢就能理解了。
    
    set 缺点：不能重复插入相同元素，删除、插入 操作频繁的时候，set 就不适合。
    set 优点：对于元素的检索，非常快