【C++】map和set用法详解

1.关联式容器

我们接触过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。那么什么是关联式容器?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,即通过该单词,在词典就可以找到与其对应的中文含义;比如每个学生的学号跟他的姓名,年龄,专业(类型可定义成数组)存在对应关系,找到学号,就可以查到这个学生的相关信息。

SGI-STL中关于键值对的定义:

//STL中关于键值对的定义
template<class T1,class T2>
struct pair
{
    
    
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 first_type;

	T1 first;
	T2 second;

	//构造函数初始化
	pair()
		:first(T1())//key
		,second(T2())//value
	{
    
    }
	//拷贝构造函数,使用实例pair<string,int>
	pair(const T1& a,const T2& b)
		:first(a)
		,second(b)
	{
    
    }
};

3.树形结构的关联式容器

根据应用场景不同,STL总共实现了两种不同结构的关联式容器:树形结构与哈希结构。树形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:使用平衡二叉树(即红黑树)作为底层,容器中的元素是一个有序的序列。下面依次介绍每一个容器。

3.1 set

3.1.1 set的介绍

1.set翻译为集合,是一个内部自动有序且不含重复元素的关联式容器。当我们想要去重,就可以利用到set,是一个很直观的接口,并且加入set之后可以实现自动排序,需要注意的是set的元素默认按照小于比较。
2、在set中,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),但是可以在容器中插入或删除数据。一般的做法是先删除旧元素,然后添加新元素,这当然是为了维护里面元素的有序性。
3.set在底层使用二叉搜索树(红黑树)实现的。
4.与map/multimap不同,map/multimap中存储的是真正的键值对<key,value>,而set中只放value,但在底层实际存放的是由<value,value>构成的键值对。
5.在set中查找某个元素,时间复杂度为:log2N

3.1.2 set的模板参数列表

//头文件
#include<set>
std::set
template<class T,class Compare = less<T>,class Alloc = allocator<T>>

T:set中存放元素的类型,实际在底层存储<value, value>的键值对。
Compare(仿函数):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

3.1.3 set的使用

点此进入->set的文档

我在下列代码一一解释了关于set常见的函数该如何使用,

#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
    
    
	set<int> myset;//定义

	//迭代器的使用
	set<int>::iterator itlow, itup;

	for (int i = 1; i < 10; i++)
	{
    
    
		//插入数据
		//注意set会将元素自动排序
		myset.insert(i * 10);//10 20 30 40 50 60 70 80 90
	}

	//删除35-75之间的数据
	itlow = myset.lower_bound(35);//返回第一个大于等于key_value的定位器
	itup = myset.upper_bound(75);//返回最后一个小于等于key_value的定位器

	//注意:set中的删除操作不进行错误检查,所以用的时候最好用一下find()函数,
    //返回给定值定位器,如果没找到则返回end()。
	myset.erase(itlow, itup);

	/*for (auto it = myset.begin(); it != myset.end(); ++it)
	{
		cout << *it <<' ';
	}*/

	//这里可以使用范围for,需要加&,因为拷贝也是存在一定代价的,不需要修改的话,也尽量加const
	//范围for的底层是迭代器,操作由编译器完成
	for (auto& s : myset)
	{
    
    
		cout << s << ' ';
	}
	cout << endl;

	//count() 用来查找set中某个键值出现的次数。这个函数在set并不是很实用,在map中的用处比较大
	//因为一个键值在set只可能出现0或1次,==这样就变成了判断某一键值是否在set出现过==。
	cout << myset.count(100) << endl;//0不存在
	cout << myset.count(30) << endl;//1存在

	return 0;
}

3.2 map

map的介绍

点此进入->map的官方文档

1.map是关联式容器,它按照特定的次序(按照key来排序),存储由key和value组合而成的元素。
2.map中,是真正的键值对<key,value>,键值key和值value的类型可能不同,并且在map内部,key与value通过成员类型value_type绑定在一起,取名为pair。

typedef pair<const key,T> value_type
  1. 在内部,map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
  2. map支持下标访问,即在[]中放入key,就可以找到与key对应的value。在map中key不允许修改,key对应的value可以修改。
  3. 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的模板参数列表

相比set,map多了一个参数

#include<map>
std::map
template<class key,class T,class Compare = less<key>,class Alloc = allocator<pair<const Key,T>>

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

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。

map的使用

map的官方文档已包括所有关于map的接口函数,现在我们来尝试使用它的常用接口。
最重要的应该有:插入函数insert,[ ]下标访问操作符,对于pair的理解,迭代器的使用,删除函数。

#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
    
    
	//定义一个map对象
	map<int, string> Stu;

	//1.用insert函数插入pair
	Stu.insert(pair<int, string>(01, "张三"));
	Stu.insert(pair<int, string>(02, "李四"));
	Stu.insert(pair<int, string>(03, "王五"));
	//但是我们发现在这里,写一个pair很不方便,因此我们可以用make_pair
	//make_pair的底层:是一个函数模板,还是调用pair去构造
	/*template<class T1,class T2>
	pair<T1,T2> make_pair(T1 x,T2 y)
	{
		return (pair<T1, T2>(x, y));
	}*/
	Stu.insert(make_pair(04, "李芳"));

	//3.第三种用[]的方式插入数据
	Stu[123] = "王五";

	//4.map的迭代器
	//map<int, string>::iterator it = Stu.begin();
	auto it = Stu.begin();

	while (it != Stu.end())
	{
    
    
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		++it;
	}
	//最好加上引用,如果不修改的话,把const加上更好
	for (const auto& kv : Stu)
	{
    
    
		cout << kv.first << ":"<< kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

活学活用:统计水果出现的次数

//利用map,统计水果出现的次数
	string arr[] = {
    
     "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e: arr)
	{
    
    
		//map<string, int>::iterator it = countMap.find(e);
		auto it = countMap.find(e);//find函数找不到则返回end()
		if (it == countMap.end())
		{
    
    
			countMap.insert(make_pair(e,1));
		}
		else
		{
    
    
			it->second++;
		}
	}
	//有个更简洁的方法
	//for (auto& e : arr)
	//{
    
    
	//	countMap[e]++;
	//}

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

关于map的元素访问总结

  1. map中的元素是键值对,我们需要学习pair,然后学会使用map容器,插入数据,管理数据。
  2. map中的key是唯一的,并且不能修改
  3. map默认按照小于(升序)的方式,并且是对key排序的。map中的元素如果用迭代器去遍历,是采用中序遍历的方式,可以得到一个有序序列。
  4. map的底层是一个平衡二叉树(红黑树),查找效率很高O(logN)
  5. map中[ ]下标访问操作符是一个大头,它支持查找,修改,插入。operator[ ]向map中插入元素的原理: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,map中的键值对key一定是唯一的,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。
  6. operator[ ]函数最后将insert返回值键值对中的value返回。(也就是pair类中的second成员)
  7. 注意:在元素访问时,有一个与operat[ ]类似的函数,是at()函数,但是这个函数不常用,它们都是通过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[]会用默认的pair插入,返回该默认的value,而at()函数会直接抛异常。
  8. operator[]底层实现如下->
    在这里插入图片描述

3.3multimap

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。

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