【C++干货铺】STL中set和map的介绍和使用

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目录

序列式容器

在之前的文章中，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_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。

关联式容器

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中对于键值的定义：

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

set的介绍

set的文档介绍

翻译：
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：log2(n)
7. set中的元素不允许修改
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

set的使用

set的模板参数列表

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

void test_set()
{
	//空构造
	set<int> s1;
	s1.insert(4);
	s1.insert(3);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);
	//拷贝构造
	set<int> s2 = s1;
	//区间构造
	int arr[] = { 1,2,3,4 };
	set<int> s3(arr, arr + 4);
}

set的迭代器

void test_set1()
{
	set<int> s;
	s.insert(4);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	pair<set<int>::iterator,bool> pa = s.insert(2);
	cout << pa.second << endl;
	s.insert(1);
	auto pi = s.insert(1);
	cout << pi.second << endl;
	//迭代器
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

 set的容量

void test_set2()
{
	set<int> s;
	s.insert(4);
	s.insert(4);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	cout << s.empty() << endl;
	cout << s.size() << endl;
}

set的删除和查找

void test_set3()
{
	set<int>s;
	s.insert(6);
	s.insert(5);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(1);
	//直接删除
	s.erase(4);
	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//查找
	set<int>::iterator it = s.find(2);

	//不进行判断删除end()，程序会崩溃；

	s.erase(20);
	//删除不存在的值倒没有什么影响

	if (it != s.end())
	{
		s.erase(3);
	}
	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << s.count(2) << endl;
}

multiset

multiset的介绍

multiset的文档介绍

翻译：

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)。

注意：
1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可
3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列                                            5. multiset中的元素不能修改
6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为O(log2(n))
7. multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset的使用

multiset和set的使用接口都是相同的，只有一些函数返回值的使用不同。这里只演示一些不同的地方。

void test_multiset()
{
	int arr[] = { 4,3,2,1,4,3,2,1 };
	multiset<int> s(arr, arr + 8);
	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//返回的为第一个出现的值
	multiset<int>::iterator it = s.find(2);
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	//值为x的元素有几个
	cout << s.count(1) << endl;

	//删除了几个值为x的元素
	size_t n = s.erase(1);
	cout << n << endl;

	//equal_range 返回和x值相等的第一个位置和最后一位置
	pair<multiset<int>::iterator, multiset<int>::iterator> pi = s.equal_range(2);

	//使用迭代器区间删除元素
	s.erase(pi.first, pi.second);
	for (auto& e: s)
	{
		cout << e << " ";
	}

}

map

map的介绍

map的文档介绍

翻译：
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<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的使用

map的模板参数说明

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

void test_map()
{
	//空构造
	map<string, string> dict;
	//需要使用键对值进行初始化
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));
	//make_pair函数的返回值为一个键对值
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));
	string s1("key"), s2("value");
	dict.insert(make_pair(s1,s2));
}

map的迭代器

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	//需要使用键对值进行初始化
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));
	//make_pair函数的返回值为一个键对值
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));
	string s1("key"), s2("value");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));
	//迭代器
	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		//map键对值中的第一个数据是不支持修改的，第二个可以修改。
		//it->first++;
		it->second += 'x';
		cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
		it++;
	}
	cout << endl;
	//支持迭代器一定支持范围for
	for (auto& e : dict)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}

map的容量与元素的访问

void test_map2()
{
	map<string,string> s;
	//判断是否为空，空返回1非空返回0
	cout << s.empty() << endl;

	//返回有效元素个数
	s.insert(make_pair("xxx", "yyy"));
	cout << s.size() << endl;

	//返回key对应的value
	cout << s.operator[]("xxx") << endl;

	cout << s.operator[]("yyy") << endl;
}

当key不在map中时，通过operator[]获取对应的value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

void test_map4()
{
	map<string, string> m;
	m.insert(make_pair("sort", "排序"));
	m.insert(make_pair("set", "组"));
	m.insert(make_pair("map", "图"));
	m.insert(make_pair("rigth", "右边"));
	m.insert(make_pair("left", "左边"));
	for (auto& e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;

	m.erase("sort");
	map<string, string>::iterator it = m.find("set");
	//删除end位置的值会崩溃
	if (it != m.end())
	{
		m.erase(it);
	}
	for (auto& e : m)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

map的终极操作operator[] 

map::operator[]文档介绍

map中的operator[]函数可以实现插入、查找、修改等一系列功能，该函数的实现也特别复杂；

void test_map3()
{
	//operator[] 插入 查找 修改
	map<string, string> m;

	//插入
	m["insert"] = "插入";
	m["left"] = "左边";
	//查找
	cout << m["insert"] << endl;
	cout << m["left"]  <<endl;
	//修改
	m["left"] = "剩余";
	cout << m["left"] << endl;
}

【map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$O(log_2 N)$
6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。 

multimap 

multimap的介绍

multimap的文档介绍

翻译：
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。

multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。

注意：
1. multimap中的key是可以重复的。
2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
3. multimap中没有重载operator[]操作
4. 使用时与map包含的头文件相同

今天对set和map的介绍和使用到这里就结束了，希望大家读完后有很大的收获，也可以在评论区点评文章中的内容和分享自己的看法。您三连的支持就是我前进的动力，感谢大家的支持！！ !