map 学习(上)——C++中 map 的使用

map 学习(上)——C++中 map 的使用

欠下数据结构的债,迟早是要还的…… 最近写毕业论文过程中,需要用到哈希表的数据结构,此外空闲时间在刷 Leetcode 过程中,发现好多高效算法都是用 unordered_map 实现的,看来学习 map 相关内容是躲不了的了,开始学习 map 的相关内容。 本篇先学习 C++ 中 STL 标准库中 map 的使用方法。

以下内容翻译自:《map - C++ Reference》

一、原型

template < class Key,                                     // map::key_type
           class T,                                       // map::mapped_type
           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type
           > class map;

二、说明

map 是一种容器,用来存储若干元素,这些元素都是由关键值 (Key Value,以下称为 Key 值) 和映射值 (Mapped Value,以下依旧称为映射值) 配对组成的,具体说明如下: 在一个 map 中, Key 值通常用来排序或特指元素,映射值用来存储与该 Key 值绑定的内容。 Key 值与映射值的数据类型可以不同,而且可以一起被放进成员类型 value_type 中,value_type 是一种配对类型,定义如下:

typedef pair<const Key, T> value_type;

在 map 内部的元素通常按照其 Key 值排序,且排序方式是根据某种明确、严格的弱排序标准进行的,这种排序标准是由 map 内部的比较对象(即 map::key_comp)指定的。 map 容器通过 Key 值访问特定元素的速度,相较于 unordered_map 容器通常较慢,但 map 容器允许基于它们的顺序对子集进行直接迭代。 map 中的映射值可以使用括号运算符 (operator[]) 通过其关联的 Key 值直接访问。 map 通常使用二叉搜索树实现。

三、map 容器属性

  • 关联性:
    • 关联容器中的元素的参考地址指的是其 Key 值,而不是他们在容器中的绝对地址;
  • 有序性:
    • 容器中的元素一直按照排序方式严格排序,所有插入元素都按照该顺序排列;
  • 映射:
    • 每个元素中,一个 Key 值与一个映射值相关。Key 值是用来标识其主要内容是映射值的元素;
  • 唯一 Key 值:
    • 容器中不存在同时拥有相同 Key 值的两个元素;
  • 分配感知 (Allocator-aware):
    • map 容器使用分配器对象动态处理其存储需求。

四、模板参数

  • Key
    • Key 值的类型。在 map 中的每个元素都是由其 Key 值唯一指定的。
    • 别名为成员类型 map::key_type
  • T
    • 映射值的类型。在 map 中的每个元素,都存储了一些数据作为其映射值。
    • 别名为成员类型 map::mapped_type
  • Compare
    • 一个二元值,它将两个元素的 Key 值作为输入参数,并返回一个布尔值。表达式 comp(a, b),其中 comp 是该类型的对象,a, b是 Key 值,如果按照函数定义的严格弱排序,参数 a 被认为排在参数 b 之前,则返回 true。
    • map 对象使用该表达式确定元素在容器中的位置,并判断两个元素的 Key 值是否相等(通过自反比较:如果 (!comp(a,b) && !comp(b,a) ) 结果为真,则 a, b 等价)。map 容器中没有两个元素拥有相同的 Key 值。
    • Compare 可以使一个函数指针,或者函数对象(详细请参阅示例构造函数)。默认值小于<T>,返回应用小于运算符 (a < b) 相同的值;
    • 别名为成员类型 map::key_compare
  • Alloc
    • 用于定义存储分配模型的分配器对象的类型。默认情况下使用分配器类模板,它定义了最简单的模型分配模型,而且与值无关。
    • 别名为成员类型 map::allocator_type

五、常用函数

  • 构造函数
    • 在后续的程序示例中展示了五种不同的构造函数;
  • clear
    • 清除 map 中所有元素;
  • erase
    • 删除 map 中指定位置的元素;
  • insert
    • 在 map 指定位置添加 pair 类型的元素;
  • find
    • 获取 map 中元素的迭代器;
  • begin, end
    • map 的正向迭代器的起始位置与终点位置;
  • rbegin, rend
    • map 的反向迭代器的起始位置与终点位置;

六、程序示例

以下源码摘自《C++STL之map学习》,笔者对其进行注释。

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

// 比较函数(用于后面的函数指针定义)
bool fncomp(char lhs, char rhs){
    return lhs < rhs;
}

// 定义一个 Compare 对象,且内部对运算符 () 进行重载
struct classcomp{
    bool operator() (const char& lhs, const char& rhs){
        return lhs < rhs;
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    //=========================
    //  map 的多种构造函数
    //=========================

    // 1. 直接定义
    map<char,int> mymap;
    mymap['a'] = 10;
    mymap['b'] = 60;
    mymap['c'] = 30;
    mymap['d'] = 90;
    mymap['e'] = 50;

    // 2. 复制
    map<char, int> second(mymap);

    // 3. 通过迭代器
    map<char, int> third(mymap.begin(),mymap.end());

    // 4. 重新定义 Compare 对象,该对象内部对运算符 () 进行重载
    map<char, int, classcomp> fourth;

    // 5. 通过函数指针
    bool(*fn_pt)(char, char) = fncomp;
    map<char, int, bool(*)(char, char)> fifth(fn_pt);

    //=========================
    //  以最初定义的mymap 为例,讲解 map 的使用
    //=========================
    map<char,int>::key_compare key_comp;
    map<char,int>::iterator it;
    it = mymap.begin();


    //=========================
    //  1. 输出所有 Pair 元素
    //=========================
    // 迭代器遍历 map
    for (it; it != mymap.end(); it++)
    {
        // map的迭代器,可以用 first 访问std::pair的第一个成员(Type1),second 访问第二个成员 (Type2)
        cout<<it->first<<":"<<it->second<<endl;
    }
    cout<<"================================="<<endl;

    //=========================
    //  2. 修改映射值
    //=========================
    second.clear();
    second['a']=1002;
    second['b']=10023;
    while (!second.empty())
    {
        cout << second.begin()->first << " => ";
        cout << second.begin()->second << endl;
        second.erase(second.begin());
    }
    cout<<"================================="<<endl;

    //=========================
    //  3. 插入
    //=========================
    mymap.insert(pair<char,int>('f',100) );
    mymap.insert(pair<char,int>('g',200) );
    cout<<"f => " <<mymap.find('f')->second<<endl;
    cout<<"g => " <<mymap.find('g')->second<<endl;

    cout<<"================================="<<endl;

    //=========================
    //  4. Compare 参数的使用
    //=========================
    key_comp = mymap.key_comp();
    cout << "mymap contains:\n";

    // 迭代器反向遍历的起始位置
    char highest = mymap.rbegin()->first;     // key value of last element
    it = mymap.begin();
    do {
        cout << (*it).first << " => " << (*it).second << endl;
    } while ( key_comp((*it++).first, highest) );

    cout << endl;
    return 0;
}

运行结果如下:

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