【C++的剃刀】我不允许你还不会map和set

关联式容器

在初阶阶段，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、listdequeforward_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

SGI-STL中关于键值对的定义：

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)
{}
};

树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶，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

1. set是按照一定次序存储元素的容器 2. 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。 3. 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。 4. 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。 5. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意： 1. 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。 2. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。 3. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。 4. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列 5. set中的元素默认按照小于来比较 6. set中查找某个元素，时间复杂度为：

7. set中的元素不允许修改(为什么?) 8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

set的构造

set的迭代器

set的容量

set的使用举例

#include <set>
void TestSet()
{
	// 用数组array中的元素构造set
	int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4,
6, 8, 0 };
	set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	cout << s.size() << endl;
	// 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可去重
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	// 使用迭代器逆向打印set中的元素
	for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;
	// set中值为3的元素出现了几次
	cout << s.count(3) << endl;
}

map

1. 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。 2. 在map中，键值key通常用于排序和唯一地标识元素，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<const key, T> value_type; 3. 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。 4. 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)。 5. 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。 6. 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的构造

map的迭代器

map的容量与元素访问

#include <string>
#include <map>
void TestMap()
{
	map<string, string> m;
	// 向map中插入元素的方式：
	// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对
	m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));
	// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对
	m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));

	// 借用operator[]向map中插入元素
	   /*
	operator[]的原理是：
	 用<key, T()>构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中
	 如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器
	 如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器
	 operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回
	*/
	// 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引
	用结果，
		m["apple"] = "苹果";
	// key不存在时抛异常
	//m.at("waterme") = "水蜜桃";
	cout << m.size() << endl;
	// 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列
	for (auto& e : m)
		cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
	cout << endl;
	// map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
	auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));
	if (ret.second)
		cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;
	else
		cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->"
		<< ret.first->second << " 插入失败" << endl;
	// 删除key为"apple"的元素
	m.erase("apple");
	if (1 == m.count("apple"))
		cout << "apple还在" << endl;
	else
		cout << "apple被吃了" << endl;
}

【总结】 1. map中的的元素是键值对 2. map中的key是唯一的，并且不能修改 3. 默认按照小于的方式对key进行比较 4. 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 5. map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高

6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

multiset

1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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。 5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

multiset的使用

此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，可参考set。

#include <set>
void TestSet()
{
	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]));
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}

multimap

1. Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key, value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。 2. 在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内 容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起， value_type是组合key和value的键值对: typedef pair<const Key, T> value_type; 3. 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对 key进行排序的。 4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代 器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。 5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意：

multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以

重复的。

底层结构

前面对map/multimap/set/multiset进行了简单的介绍，在其文档介绍中发现，这几个容器有个 共同点是：其底层都是按照二叉搜索树来实现的，但是二叉搜索树有其自身的缺陷，假如往树中 插入的元素有序或者接近有序，二叉搜索树就会退化成单支树，时间复杂度会退化成O(N)，因此 map、set等关联式容器的底层结构是对二叉树进行了平衡处理，即采用平衡树来实现

学习编程就得循环渐进，扎实基础，勿在浮沙筑高台