【C++】map和set的使用

用户11029129

发布于 2024-08-14 14:23:42

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文章被收录于专栏：编程学习

🚀关联式容器

vector、list、dequeforward_list(C++11)等，这些容器统称为 序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。那什么是关联式容器？它与序列式容器有什么区别？

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

键值对：

用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量 key 和 value，key代表键值，value表示与key对应的信息。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

STL中对于键值对的定义：

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;
	T1 first;
	T2 second;
	pair(): first(T1()), second(T2())
		{}
 
	pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
		{}
};

根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：树型结构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍每一个容器。

🚀Set容器

✈️认识Set

set是按照一定次序存储元素的容器
在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。
在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。
set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意事项：

与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。
set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
set中的元素默认按照小于来比较
set中查找某个元素，时间复杂度为：logN
set中的元素不允许修改(为什么?)
set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

Set的详细文档介绍：Set使用介绍。

✈️Set的使用

Set的模版参数：

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
Compare：set中元素默认按照小于来比较。
Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理。

set的构造函数:

set的迭代器：

函数声明	功能介绍
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器，即crbegin

set的容量：

set修改操作：

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x)	在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first, iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap (set<Key,Compare,Allocator>& st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的个数

set使用例子：

#include <iostream>
#include <set>

using namespace std;

int main()
{
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(1);
	s.insert(6);
	s.insert(3);
	s.insert(4);
	s.insert(6);
	s.insert(3);
	s.insert(4);

	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())// 1 3 4 5 6, set容器：排序+去重
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto e : s)// 范围for遍历
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	set<int>::iterator pos = s.find(5);//查找值
	if (pos != s.end())
	{
		cout << "find it" << endl;
		s.erase(pos);// 删除
	}

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	if (s.count(5))// 本质是统计个数与 multiset适配
	{
		cout << "exists" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "not exists" << endl;
	}

	auto start = s.lower_bound(3);// 返回>=val的值
	cout << *start << endl;

	auto finish = s.upper_bound(5);// 返回>val的值
	cout << *finish << endl;
	s.erase(start, finish);// erase重载区间式删除

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

🚀multiset容器

除了set容器，STL还提供了另外一个multiset容器，这个容器所有的接口与set容器非常接近，具体的区别如下：

multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是 可以重复 的。
在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T)。 multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序
multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意事项：

multiset中再底层存储的是 <value, value>的键值对
multiset的插入接口中只需要插入即可
与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
multiset中的元素不能修改
在multiset中找某个元素，时间复杂度为 O(log N)
multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset测试：

#include <iostream>
#include <set>

using namespace std;

void TestSet2()
{
	int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };

	// 注意：multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
	multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));// 区间构造
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	//result: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
}

int main()
{
	TestSet2();

	return 0;
}

🚀map容器

✈️map容器介绍

map是关联容器，它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。
在map中，键值key通常用于排序和惟一地标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同，并且在map的内部，key与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair: typedef pair value_type。
在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢，但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时，可以得到一个有序的序列)。
map支持下标访问符，即在[]中放入key，就可以找到与key对应的value。
map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

map容器具体介绍文档：map文档

✈️map的使用

map的模版参数：

key: 键值对中key的类型
T：键值对中value的类型
Compare: 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)
Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器。

map的构造函数：

map的迭代器：

函数声明	功能介绍
begin()和end()	begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()	与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和–操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend()	与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改

map的容量与元素访问：

函数声明	功能介绍
bool empty ( ) const	检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k)	返回去key对应的value

虽说map是kv键值对容器，但是当key不存在，value存在时，使用operator[]时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。

map中元素的修改：

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x)	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map<Key,T,Compare,Allocator>& mp)	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x)	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在ma中

map容器测试：

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>, string)("sort", "排序");

	/*pair<string, string> kv("string", "字符串");*/
	pair<string, string> kv{"string", "字符串"};
	dict.insert(kv);

	// C++11支持，构造函数支持多参数隐式类型转换
	dict.insert({ "apple", "苹果" });

	// C++ 98
	dict.insert(make_pair("sort", "苹果"));

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		/*cout << (*it).first << (*it).second << endl;*/// 两种访问方式
		cout << it->first << it->second << endl;
		++it;
	}

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

void test_map2()
{
	// key相同，value不同，不会插入也不会更新
	map<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("sort", "苹果"));
	dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
	dict.insert(make_pair("sort", "xxx"));

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
		// result: 
	//	   sort 苹果
	//     string 字符串
}

int main()
{
	test_map1();
	return 0;
}

✈️map总结

map中的的元素是键值对
map中的key是唯一的，并且不能修改
默认按照小于的方式对key进行比较
map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列
map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高: O(logN)
支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

🚀multimap容器

与map容器类似，它们的区别如下：

multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意事项：

multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
mtltiset的插入接口中只需要插入即可
与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
multiset中的元素不能修改
在multiset中找某个元素，时间复杂度为：O(logN)
multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset文档介绍：multiset文档

multiset测试使用：

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	//dict.insert(pair<string, string>, string)("sort", "排序");

	/*pair<string, string> kv("string", "字符串");*/
	pair<string, string> kv{"string", "字符串"};
	dict.insert(kv);

	// C++11支持，构造函数支持多参数隐式类型转换
	dict.insert({ "apple", "苹果" });

	// C++ 98
	dict.insert(make_pair("sort", "苹果"));

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		/*cout << (*it).first << (*it).second << endl;*/// 两种访问方式
		cout << it->first << it->second << endl;
		++it;
	}

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

void test_map2()
{
	// key相同，value不同，不会插入也不会更新
	map<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("sort", "苹果"));
	dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
	dict.insert(make_pair("sort", "xxx"));

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
	// result: 
	//	   sort 苹果 
	//     string 字符串
}

test_multimap()
{
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
"苹果", "香蕉", "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = countMap.find(e);
		if (it != countMap.end())
		{
			it->second++;
		}
		else
		{
			countMap.insert(make_pair(e, 1));
		}
	}

	for (auto& e : arr)
	{
		pair<map<string, int>::iterator, bool> ret;
		ret = countMap.insert(make_pair(e, 1));

		// 已经存在了
		if (ret.second == false)
		{
			ret.first->second++;
		}
	}

	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

V& operator[](const K& key)
{
	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));
	return ret.first->second;
}

int main()
{
	test_map2();
	return 0;
}

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原始发表：2024-08-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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