C++ map与set的学习

1. 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、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。

template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;  //key
typedef T2 second_type; //value
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

在STL中键值对就是一个泛型的类,pari-->first(key) second(value)

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。

4.map

4.1 map介绍

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))。

4.2map使用

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

4.3 map的构造

4.4 map的迭代器

4.5 map的容量与元素访问

void TestMap1()
{
    map<string, string> m1;

    // C++11
    map<string, string> m2{ {"apple", "苹果"},
                            {"orange", "橘子"},
                            {"pear", "梨"} };

    map<string, string> m3(m2.begin(), m2.end());
}

void TestMap2()
{
    map<string, string> m;

    pair<string, string> kv("pear", "梨");
    m.insert(kv);

    // vector(size_t n, const T& data = T())
    m.insert(pair<string, string>("grape", "葡萄"));
    m.insert(pair<string, string>("apple", "苹果"));
    m.insert(make_pair("orange", "橘子"));
    m.insert(make_pair("banana", "香蕉"));

    cout << m.size() << endl;

    // 如果key存在,返回与key对应的value
    cout << m["orange"] << endl;

    // 如果key不存在,则使用key与默认的value组成键值对
    // 插入到map中,然后返回该key对应的默认value
    // <"watermelon", "">
    cout << m["watermelon"] << endl;

    m["watermelon"] = "西瓜";

    // 范围for || 采用迭代器遍历,最终得到的都是关于key的有序序列
    // 因为他们底层都是中序遍历
    // 范围for
    for (auto& e : m)
    {
        cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
    }

    cout << "=========================" << endl;

    m.insert(make_pair("orange", "橙子"));
    // std::map<std::string, std::string>::iterator it = m.begin();
    auto it = m.begin();
    while (it != m.end())
    {
        cout << it->first << "---->" << it->second << endl;
        ++it;
    }
}

【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。

5.multimap

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:

6.set与multiset的使用

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$O(log_2 N)$

7. multiset的作用:可以对元素进行排序

演示set与multiset的不同

#include <set>

void TestSet()
{
    // set去重+排序
    int array[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0 };
    set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    // multiset:排序
    multiset<int> ms(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));

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

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