【C++】map和set

1.关联式容器

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。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。

2.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)
    {
    
    }
};

3. 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。

3.1 set

3.1.1 set的介绍

set文档介绍
大致总结为以下几点：

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。

3.1.2 set的使用

1.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

2.set的构造

set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& =
Allocator() );//构造空的set

set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare&
comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );//用[first, last)区间中的元素构造set

set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);//set的拷贝构造

3.set的迭代器

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

4.set的容量

bool empty ( ) const 检测set是否为空，空返回true，否则返回true

size_type size() const 返回set中有效元素的个数

5.set修改操作

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 ( constkey_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

3.2 map

3.2.1 map的介绍

map文档
大致总结为以下几点：

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 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))。

3.2.2 map的使用

1.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
注意：在使用map时，需要包含头文件。

2.map的构造

map() //构造一个空的map 

3.map的迭代器

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

4.map的容量与元素访问

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

5.map中元素的修改

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map中

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介绍

multiset文档介绍
大致总结为以下几点：

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)。

3.3.2 multiset的使用

#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;
}

其他接口接口与set相同,可参考set。

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

multimap文档介绍
大致总结为以下几点：

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。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。