STL之set和multiset

一、set和multiset基础

set集合容器：实现了红黑树的平衡二叉检索树的数据结构，插入元素时，它会自动调整二叉树的排列，把元素放到适当的位置，以保证每个子树根节点键值大于左子树所有节点的键值，小于右子树所有节点的键值；另外，还得保证根节点左子树的高度与右子树高度相等。
平衡二叉检索树使用中序遍历算法，检索效率高于vector、deque和list等容器，另外使用中序遍历可将键值按照从小到大遍历出来。
构造set集合主要目的是为了快速检索，不可直接去修改键值。

set和multiset会根据特定的排序准则，自动将元素进行排序。不同的是后者允许元素重复而前者不允许。

需要包含头文件：

#include <set>

set和multiset都是定义在std空间里的类模板：

 template<class _Kty,
     class _Pr = less<_Kty>,
     class _Alloc = allocator<_Kty> >
 class set

 template<class _Kty,
     class _Pr = less<_Kty>,
     class _Alloc = allocator<_Kty> >
 class multiset

只要是可复赋值、可拷贝、可以根据某个排序准则进行比较的型别都可以成为它们的元素。第二个参数用来定义排序准则。缺省准则less是一个仿函数，以operator<对元素进行比较。

所谓排序准则，必须定义strict weak ordering，其意义如下：

1、必须使反对称的。

对operator<而言，如果x<y为真，则y<x为假。

2、必须使可传递的。

对operator<而言，如果x<y为真，且y<z为真，则x<z为真。

3、必须是非自反的。

对operator<而言，x<x永远为假。

因为上面的这些特性，排序准则可以用于相等性检验，就是说，如果两个元素都不小于对方，则它们相等。

二、set和multiset的功能

和所有关联式容器类似，通常使用平衡二叉树完成。事实上，set和multiset通常以红黑树实作而成。

自动排序的优点是使得搜寻元素时具有良好的性能，具有对数时间复杂度。但是造成的一个缺点就是：

不能直接改变元素值。因为这样会打乱原有的顺序。

改变元素值的方法是：先删除旧元素，再插入新元素。

存取元素只能通过迭代器，从迭代器的角度看，元素值是常数。

三、操作函数

构造函数和析构函数

set的形式可以是：

有两种方式可以定义排序准则：

1、以template参数定义：

 set<int,greater<int>> col1;

此时，排序准则就是型别的一部分。型别系统确保只有排序准则相同的容器才能被合并。

程序实例：

 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;

 int main()
 {
     set<int> s1;
     set<int,greater<int> > s2;

     for (int i = 1;i < 6;++i)
     {
         s1.insert(i);
         s2.insert(i);
     }
     if(s1 == s2)
         cout << "c1 equals c2 !" << endl;
     else
         cout << "c1 not equals c2 !" << endl;
 }

程序运行会报错。但是如果把s1的排序准则也指定为greater<int>便运行成功。

2、以构造函数参数定义。

这种情况下，同一个型别可以运用不同的排序准则，而排序准则的初始值或状态也可以不同。如果执行期才获得排序准则，而且需要用到不同的排序准则，这种方式可以派上用场。

程序实例：

 #include <iostream>
 #include "print.hpp"
 #include <set>
 using namespace std;

 template <class T>
 class RuntimeCmp{
 public:
     enum cmp_mode{normal,reverse};
 private:
     cmp_mode mode;
 public:
     RuntimeCmp(cmp_mode m = normal):mode(m){}

     bool operator()(const T &t1,const T &t2)
     {
         return mode == normal ? t1 < t2 : t2 < t1;
     }

     bool operator==(const RuntimeCmp &rc)
     {
         return mode == rc.mode;
     }
 };

 typedef set<int,RuntimeCmp<int> > IntSet;

 void fill(IntSet& set);

 int main()
 {
     IntSet set1;
     fill(set1);
     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");

     RuntimeCmp<int> reverse_order(RuntimeCmp<int>::reverse);

     IntSet set2(reverse_order);
     fill(set2);
     PRINT_ELEMENTS(set2,"set2:");

     set1 = set2;//assignment:OK
     set1.insert(3);
     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");

     if(set1.value_comp() == set2.value_comp())//value_comp <span style="font-family: verdana, arial, helvetica, sans-serif; ">Returns the comparison object associated with the container</span>
         cout << "set1 and set2 have the same sorting criterion" << endl;
     else
         cout << "set1 and set2 have the different sorting criterion" << endl;
 }

 void fill(IntSet &set)
 {
     set.insert(4);
     set.insert(7);
     set.insert(5);
     set.insert(1);
     set.insert(6);
     set.insert(2);
     set.insert(5);
 }

运行结果：

虽然set1和set2的而比较准则本身不同，但是型别相同，所以可以进行赋值操作。

非变动性操作

注意：元素比较操作只能用于型别相同的容器。

特殊的搜寻函数

赋值

赋值操作两端的容器必须具有相同的型别，但是比较准则本身可以不同，但是其型别必须相同。如果比较准则的不同，准则本身也会被赋值或交换。

迭代器相关函数

元素的插入和删除

注意：插入函数的返回值不完全相同。

set提供的插入函数：

 pair<iterator,bool> insert(const value_type& elem);
 iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);

multiset提供的插入函数：

 iterator  insert(const value_type& elem);
 iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);

返回值型别不同的原因是set不允许元素重复，而multiset允许。当插入的元素在set中已经包含有同样值的元素时，插入就会失败。所以set的返回值型别是由pair组织起来的两个值：

第一个元素返回新元素的位置，或返回现存的同值元素的位置。第二个元素表示插入是否成功。

set的第二个insert函数，如果插入失败，就只返回重复元素的位置！

但是，所有拥有位置提示参数的插入函数的返回值型别是相同的。这样就确保了至少有了一个通用型的插入函数，在各种容器中有共通接口。

注意：还有一个返回值不同的情况是：作用于序列式容器和关联式容器的erase()函数：

序列式容器的erase()函数：

 iterator erase(iterator pos);
 iterator erase(iterator beg, iterator end);

关联式容器的erase()函数：

 void     erase(iterator pos);
 void     erase(iterator beg, iterator end);

这完全是为了性能的考虑。因为关联式容器都是由二叉树实现，搜寻某元素并返回后继元素可能很费时。

五、set应用示例：

 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;

 int main()
 {
     typedef set<int,greater<int> > IntSet;
     IntSet s1;

     s1.insert(4);
     s1.insert(3);
     s1.insert(5);
     s1.insert(1);
     s1.insert(6);
     s1.insert(2);
     s1.insert(5);
     //the inserted element that has the same value with a element existed is emitted

     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
     cout << endl << endl;

     pair<IntSet::iterator,bool> status = s1.insert(4);
     if(status.second)
         cout << "4 is inserted as element "
         << distance(s1.begin(),status.first) + 1 << endl;
     else
         cout << "4 already exists in s1" << endl;
     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
     cout << endl << endl;

     set<int>  s2(s1.begin(),s1.end());//default sort criterion is less<
     copy(s2.begin(),s2.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));
     cout << endl << endl;
 }

上述程序最后新产生一个set：s2，默认排序准则是less。以s1的元素作为初值。

注意：s1和s2有不同的排序准则，所以他们的型别不同，不能直接进行相互赋值或比较。

运行结果：