练习11.1:描述map和vector的不同。
vector这种顺序容器,元素在其中按顺序存储,每个元素都有唯一对应的位置编号,所有操作都是按编号进行的。例如,获取元素,插入删除元素,遍历元素。底层的数据结构是数组、链表,简单但能保证上述操作的高效。对于依赖值的元素访问,例如查找给定值,在这种数据结构上的实现是要通过遍历完成的,效率不佳。
而map这种关联容器,就是为了高效实现“按值访问元素”这类操作而设计的。为了达到这一目的,容器中的元素是按关键字值存储的,关键字值与元素数据建立起对应关系。底层数据结构是红黑树、哈希表等,可高效实现按关键字值查找、添加、删除元素等操作。
练习11.2:分别给出最适合使用list,vector,deque,map以及set的例子。
若元素很小(例如int),大致数量预先可知,在程序运行过程中不会剧烈变化,大部分情况下只在末尾添加或删除需要频繁访问任意位置的元素,则vector可带来最高的效率。若需要频繁在头部和尾部添加或删除元素,则deque是最好的选择。
如果元素较大(如大的类对象),数量预先不知道,或是程序运行过程中频繁变化,对元素的访问更多是顺序访问全部或很多元素,则list很适合。
map适合对一些对象按它们的某个特征进行访问的情形。set就是集合类型,当需要保存特定的值集合(通常是满足/不满足某种要求的值的集合),用set最为方便。
练习11.3:编写你自己的单词计数程序。
#include <iostream>
#include <fstream> #include <map> #include <string> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::ifstream; using std::map; using std::string; int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in){ cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } map<string, size_t> word_count; string word; while(in>>word) ++word_count[word]; for(const auto &w : word_count) cout<<w.first<<" occurs "<<w.second<<((w.second>1)? "times" : "time" )<<endl; return 0; }练习11.4:扩展你的程序,忽略大小写和标点。例如,“example.”、“example,”和“Example”应该递增相同的计数器。
#include <iostream> #include <fstream> #include <map> #include <string> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::ifstream; using std::map; using std::string; int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in){ cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } map<string, size_t> word_count; string word; string punct=",."; while(in>>word){ auto it=word.find_first_of(punct); if (it!=string::npos) word.erase(it); for(auto &c:word) c=tolower(c); ++word_count[word]; } for(const auto &w : word_count) cout<<w.first<<" occurs "<<w.second<<((w.second>1)? "times" : "time" )<<endl; return 0; }练习11.5:解释map和set的区别。你如何选择使用哪个?
当需要查找给定值所对应的数据时,应使用map,其中保存的是<关键字,值>对,按关键字访问值。
如果只需判定给定值是否存在时,应使用set,它只是简单的值的集合。
练习11.6:解释set和list的差别。你该如何选择使用哪个?
两者都可以保存元素集合。如果只需要顺序访问这些元素,或是按位置访问元素,那么应使用list。如果需要快速判定是否有元素等于给定值,则应使用set。
练习11.7:定义一个map,关键字是家庭的姓,值是一个vector,保存家庭中孩子们的名。编写代码、实现添加新的家庭以及向已有家庭中添加新的孩子。
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <map> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::string; using std::vector; using std::map; void add_family(map<string, vector<string>> &families, const string &family) { if(families.find(family)==families.end()) families[family]=vector<string> (); } void add_child(map<string, vector<string>> &families,const string &family, const string &child) { families[family].push_back(child); } int main(int argc, char *argv[]) { map<string, vector<string>> families; add_family(families, "Zhang"); add_child(families, "Zhang", "San"); add_child(families, "Zhang", "Gang"); add_child(families, "Li", "Si"); add_family(families, "Li"); for(auto f: families){ cout<<f.first<<":"; for(auto c: f.second) cout<<c<<" "; cout<<endl; } return 0; }
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <fstream> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::vector; using std::string; using std::ifstream; string &trans(string &s) { for(int p=0; p<s.size(); ++p){ if(s[p]>='A'&&s[p]<='Z') s[p]-='A'-'a'; else if(s[p]==','||s[p]=='.') s.erase(p,1); } return s; } int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in){ cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } vector<string> unique_word; string word; while(in>>word) { trans(word); if(find(unique_word.begin(), unique_word.end(), word)==unique_word.end()) unique_word.push_back(word); } for(const auto &w: unique_word) cout<<w<<" "; cout<<endl; return 0; }
#include <iostream> #include <fstream> #include <map> #include <list> #include <string> #include <algorithm> #include <sstream> using std::cout; using std::endl; using std::ifstream; using std::istringstream; using std::map; using std::list; using std::string; string &trans(string &s) { for(int p=0; p<s.size(); ++p){ if(s[p]>='A'&&s[p]<='Z') s[p]-='A'-'a'; else if(s[p]==','||s[p]=='.') s.erase(p,1); } return s; } int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in) { cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } map<string, list<int>> word_lineno; string line; string word; int lineno=0; while(getline(in,line)){ ++lineno; istringstream l_in(line); while(l_in>>word){ trans(word); word_lineno[word].push_back(lineno); } } for(const auto &w:word_lineno){ cout<<w.first<<" is in: "; for(auto const &i: w.second) cout<<i<<" "; cout<<endl; } return 0; }
由于有序容器要求关键字类型必须支持比较操作<,因此map<vector<int>::iterator, int>是可以的,因为vector的迭代器支持比较操作。而map<list<int>::iterator ,int>是不行的,因为list的元素不是连续存储,其迭代器不支持比较操作。
练习11.11:不使用decltype重新定义bookstores.
typedef bool (*pf) (const Sales_data &, const Sales_data &); multiset<Sales_data, pf> bookstore(compareTsbn)
#include <iostream> #include <string> #include <vector> #include <utility> #include <fstream> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::vector; using std::string; using std::pair; using std::ifstream; int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in){ cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } vector<pair<string, int>> data; string s; int v; while(in>>s&&in>>v) data.push_back(pair<string,int>(s,v)); for(const auto &d: data) cout<<d.first<<" "<<d.second<<endl; return 0; }
列表初始化:data.push_back({s,v});
还可以使用make_pair:data.push_back(make_pair(s,v)};
列表初始化最易于编写和理解。
练习11.14:扩展你在11.2.1节练习中编写的孩子姓到名的map,添加一个pair的vector,保存孩子的名字和生日。
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <map> #include <algorithm> #include <utility> using std::pair; using std::cout; using std::endl; using std::string; using std::vector; using std::map; void add_family(map<string, vector<pair<string, string>>> &families, const string &family) { families[family]; } void add_child(map<string, vector<pair<string, string>>> &families,const string &family, const string &child, const string &birthday) { families[family].push_back({child,birthday}); } int main(int argc, char *argv[]) { map<string, vector<pair<string, string>>> families; add_family(families, "Zhang"); add_child(families, "Zhang", "San", "1997-10-01"); add_child(families, "Zhang", "Gang","1993-09-12"); add_child(families, "Li", "Si","1992-03-27"); add_family(families, "Li"); for(auto f: families){ cout<<f.first<<":"; for(auto c: f.second) cout<<c.first<<"(birthday"<<c.second<<"),"; cout<<endl; } return 0; }
mapped_type是vector<int>, key_type是int,value_type是pair<const int, vector<int>>。
练习11.16:使用一个map迭代器编写一个表达式,将一个值赋予一个元素。
map<int, int> m; auto it=m.begin(); it->second=0;
copy(v.begin(), v.end(), inserter(c, c.end())); copy(v.begin(), v.end(), back_inserter(c); copy(c.begin(), c.end(), inserter(v, v.end())); copy(c.begin(), c.end(), back_inserter(v);set的迭代器是const的,因此只允许访问set中的元素,而不能改变set。与map一样,set的关键字也是const,因此不能通过迭代器来改变set重元素的值。因此,前两个调用试图将vector中的元素复制到set中,是非法的。而后两个调用将set中的元素复制到vector中,是合法的。
pair<const string, size_t>::iterator
练习11.19:定义一个变量,通过11.2.2节中的名为bookstore的multiset的调用begin()来初始化这个变量。写出变量的类型,不要使用auto或decltype。
typedef bool (*pf) (const Sales_data &, const Sales_data &); multiset<Sales_data, pf> bookstore(compareIsbn); pair<Sales_data, pf>::iterator=bookstore.begin();
练习11.20:重写11.1节练习的单词计数程序,使用inserter代替下标操作。你认为哪个程序更容易编写和阅读?解释原因。
#include <iostream> #include <fstream> #include <map> #include <string> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::ifstream; using std::string; using std::map; int main(int argc, char *argv[]) { ifstream in(argv[1]); if(!in){ cout<<"Open input file failed."<<endl; exit(1); } map<string, size_t> word_count; string word; while(in>>word){ auto ret=word_count.insert({word, 1}); if(!ret.second) ++ret.first->second; } for(const auto &w : word_count) cout<<w.first<<" occurs "<<w.second<<" times."<<endl; return 0; }
while(cin>>word) ++word_count.insert({word,0}).first->second;循环不断从标准输入读入单词(字符串),直至遇到文件结束或错误。每读入一个单词,构造pair{word,0},通过insert操作插入到word_count中。insert返回一个pair,其first成员是一个迭代器。若单词已存在容器中,它指向已有元素;否则,它指向新插入的元素。first会得到这个迭代器,指向word对应的元素。继续使用->second,可获得元素的值的引用,即单词的计数。若单词是新的,则其值为0,若已存在,则值为之前出现的次数。对其进行递增操作,即完成将出现次数加1.
练习11.2:给定一个map<string, vector<int>>,对此容器的插入一个元素的insert版本,写出其参数类型和返回类型。
参数类型是一个pair,first成员的类型是map的关键字类型string,second成员的类型是map的值类型vector<int>: pair<string, vector<int>>
返回类型也是一个pair,first成员的类型是map的迭代器,second成员的类型是布尔型:pair<map<string, vector<int>>::iterator, bool>
练习11.23:11.2.1节练习中的map以孩子的姓为关键字,保存他们的名的vector,用multimap重写此map。
#include <iostream> #include <map> #include <string> #include <algorithm> using std::cout; using std::endl; using std::string; using std::multimap; void add_child(multimap<string, string> &families, const string &family, const string &child) { families.insert({family, child}); } int main(int argc, char *argv[]) { multimap<string, string> families; add_child(families, "Zhang", "Qiang"); add_child(families, "Zhang", "Gang"); add_child(families, "Wang", "wu"); for(auto f:families) cout<<f.first<<" "<<f.second<<endl; return 0; }
练习11.24:下面的程序完成什么功能?
map<int, int> m; m[0]=1;若m中已有关键字0,下标操作提取出其值,赋值语句将其值置为1.
否则下标操作会创建一个pair(0,0),即关键字为0,值为0,将其插入到m中,然后提取其值,赋值语句将其置为1.
练习11.25:对比下面程序与上一题程序
vector<int> v; v[0]=1;若v中已有不少于一个元素,则下标操作提取出此位置的元素,赋值操作将其置为1;如v为空,则下标提取出的是一个非法左值,向其赋值可能会导致系统崩溃等严重后果。
练习11.26:可以用什么类型来对一个map进行下标操作?下标运算符返回的类型是什么?请给出一个具体的例子——即,定义一个map,然后写出一个可以用来对map进行下标操作的类型以及下标运算符将会返回的类型。
对map进行下标操作,应使用其key_type,即关键字的类型,而下标操作返回的类型是mapped_type,即关键字关联的值的类型。
例如:map类型:map<string, int> 用来进行下标操作的类型: string,下标操作返回的类型:int
练习11.27:对于什么问题你会使用count来解决?什么时候你又会选择find呢?
当希望知道容器中有多少元素与给定关键字相同时,使用count,只关心给定关键字是否在容器中时,使用find。
练习11.28:对于一个string到int的vector的map,定义并初始化一个变量来保存在其上调用find所返回的结果。
map<string, vector<int>> m;
map<string, vector<int>>::iterator iter;
练习11.29:如果给定关键字不在容器中,upper_bound、lower_bound和equal_range分别会返回什么?
若给定关键字不在容器中,则upper_bound和lower_bound返回相同的迭代器,指出关键字正确插入的位置,如果给定关键字比容器中所有关键字都大,则返回尾后迭代器。
若给定关键字不在容器中,则pair的first和second成员都指向关键字正确插入的位置,两个迭代器构成一个空范围。
练习11.30:对于本节最后一个程序的输出表达式,解释运算对象pos.first->second的含义。
equal_range返回一个pair,其first成员与lower_bound的返回结果相同,即指向容器中第一个具有给定关键值的元素。因此,对其解引用会得到一个value_type对象,即一个pair,其first为元素的关键字,即给定关键字,second为关键字关联的值。本题中,激活的给定作者的第一部著作的题目。
练习11.31:编写程序,定义一个作者及其作品的multimap。使用find在maultimap中查找一个元素并用erase删除它。确保你的程序在元素不在map中时也能正常运行。
#include <iostream> #include <string> #include <algorithm> #include <map> using std::cout; using std::endl; using std::string; using std::multimap; void remove_author(multimap<string, string> &books, const string &author) { auto pos=books.equal_range(author); if(pos.first==pos.second) cout<<"No author "<<author<<endl; else books.erase(pos.first, pos.second); } void print_books(multimap<string, string> &books) { for(auto &book: books) cout<<book.first<<", <"<<book.second<<">"<<endl; cout<<endl; } int main(int argc, char *argv[]) { multimap<string, string> books; books.insert({"Barth, John", "Sot-Weed Factor"}); books.insert({"Barth, John", "Lost in the Funhouse"}); books.insert({"Jin Yong", "Tian Long Ba Bu"}); books.insert({"Jin Yong", "Bi Xue Jian"}); print_books(books); remove_author(books, "Zhang San"); remove_author(books, "Jin Yong"); print_books(books); return 0; }
#include <map> #include <vector> #include <iostream> #include <fstream> #include <string> #include <stdexcept> #include <sstream> using std::map; using std::string; using std::vector; using std::ifstream; using std::cout; using std::endl; using std::getline; using std::runtime_error; using std::istringstream; map<string, string> buildMap(ifstream &map_file) { map<string, string> trans_map; string key; string value; if (value.size() > 1) trans_map[key] = value.substr(1); else throw runtime_error("no rule for " + key); return trans_map; } const string & transform(const string &s, const map<string, string> &m) { auto map_it = m.find(s); if (map_it != m.cend()) return map_it->second; else return s; } void word_transform(ifstream &map_file, ifstream &input) { auto trans_map = buildMap(map_file); cout << "Here is our transformation map: \n\n"; for (auto entry : trans_map) cout << "key: " << entry.first << "\tvalue: " << entry.second << endl; cout << "\n\n"; string text; while (getline(input, text)) { istringstream stream(text); string word; bool firstword = true; while (stream >> word) { if (firstword) firstword = false; else cout << " "; cout << transform(word, trans_map); } cout << endl; } } int main(int argc, char **argv) { if (argc != 3) throw runtime_error("wrong number of arguments"); ifstream map_file(argv[1]); if (!map_file) throw runtime_error("no transformation file"); ifstream input(argv[2]); if (!input) throw runtime_error("no input file"); word_transform(map_file, input); return 0; }
find仅查找给定关键字在容器中是否出现,若容器中不存在给定关键字,它返回尾后迭代器。当关键字存在时,下标运算符的行为与find类似,但当关键字不存在时,它会构造一个pair,将其插入到容器中,对于单词转换程序来说,这不是我们所期望的。
练习11.35:在buildMap中如果进行如下改写,会有什么效果?
trans_form[key]=value.substr(1);
改为trans_map.insert({key, value.substr(1)})
当map中没有给定关键字时。insert和下标操作+赋值操作效果类似,都是将关键字和值的pair添加到map中。当map中已有给定关键字,下标操作会获得具有该关键字的元素的值,并将新读入的值赋予它,但insert操作遇到关键字已存在的情况,则不会改变容器内容,而使返回一个值指出茶如失败。当规则文件中存在多条规则转换相同单词时,下标+赋值的版本最终会用最后一条规则进行文本转换,而insert版本则会用第一条规则转换。
练习11.37一个无序容器与其有序版本相比有何优势?有序版本有何优势?
无序版本通常性能更好,使用也更为简单。有序版本的优势是维护了关键字的顺序。当元素的关键字类型没有明显的序关系,或是维护元素的序代价非常高时,无序容器非常有用。但当应用要求必须维护元素的序时,有序版本就是唯一的选择。