在这里插入图片描述

1.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介绍

文档介绍

set是按照一定次序存储元素的容器

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。

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。

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：

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。

set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。

set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。

使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列

set中的元素默认按照小于来比较

set中查找某个元素，时间复杂度为： $log_2 n$

set中的元素不允许修改(仔细想想为什么?)

set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3.1.2 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构造和赋值

功能描述：创建set容器以及赋值

构造：

set<T> st; //默认构造函数：
set(const set &st); //拷贝构造函数

赋值：

set& operator=(const set &st); //重载等号操作符

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
    
    
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
    
    
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//构造和赋值
void test01()
{
    
    
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	printSet(s1);

	//拷贝构造
	set<int>s2(s1);
	printSet(s2);

	//赋值
	set<int>s3;
	s3 = s2;
	printSet(s3);
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

set容器插入数据时用insert
set容器插入数据的数据会自动排序

set大小和交换

功能描述：

统计set容器大小以及交换set容器

函数原型：

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
    
    
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
    
    
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//大小
void test01()
{
    
    
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);

	if (s1.empty())
	{
    
    
		cout << "s1为空" << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "s1不为空" << endl;
		cout << "s1的大小为： " << s1.size() << endl;
	}
}
//交换
void test02()
{
    
    
	set<int> s1;
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);

	set<int> s2;
	s2.insert(100);
	s2.insert(300);
	s2.insert(200);
	s2.insert(400);

	cout << "交换前" << endl;
	printSet(s1);
	printSet(s2);
	cout << endl;

	cout << "交换后" << endl;
	s1.swap(s2);
	printSet(s1);
	printSet(s2);
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	test02();
	return 0;
}

总结：

统计大小 — size
判断是否为空 — empty
交换容器 — swap

set插入和删除

功能描述：

set容器进行插入数据和删除数据

函数原型：

insert(elem); //在容器中插入元素。
clear(); //清除所有元素
erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器。
erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

示例：

#include <set>
void printSet(set<int> & s)
{
    
    
	for (set<int>::iterator it = s.begin(); it != s.end(); it++)
	{
    
    
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
//插入和删除
void test01()
{
    
    
	set<int> s1;
	//插入
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	printSet(s1);
	//删除
	s1.erase(s1.begin());
	printSet(s1);
	s1.erase(30);
	printSet(s1);

	//清空
	//s1.erase(s1.begin(), s1.end());
	s1.clear();
	printSet(s1);
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：
- 插入 — insert
- 删除 — erase
- 清空 — clear

set查找和统计

功能描述：
- 对set容器进行查找数据以及统计数据
函数原型：
- find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
- count(key); //统计key的元素个数
示例：

#include <set>
//查找和统计
void test01()
{
    
    
	set<int> s1;
	//插入
	s1.insert(10);
	s1.insert(30);
	s1.insert(20);
	s1.insert(40);
	//查找
	set<int>::iterator pos = s1.find(30);
	if (pos != s1.end())
	{
    
    
		cout << "找到了元素 ： " << *pos << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "未找到元素" << endl;
	}
	//统计
	int num = s1.count(30);
	cout << "num = " << num << endl;
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

查找 — find （返回的是迭代器）
统计 — count （对于set，结果为0或者1）

3.2 multiset

3.2.1 multiset的介绍

文档介绍

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。

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。

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。

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。

multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意：

multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对

mtltiset的插入接口中只需要插入即可

与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的

使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列

multiset中的元素不能修改

在multiset中找某个元素，时间复杂度为 $O(log_2 N)$

multiset的作用：可以对元素进行排序

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。

3.2.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

multimap中的key是可以重复的。
multimap中的元素默认将key按照小于来比较
multimap中没有重载operator[]操作(思考下为什么?)。
使用时与map包含的头文件相同：

示例：

#include <set>
//set和multiset区别
void test01()
{
    
    
	set<int> s;
	pair<set<int>::iterator, bool>  ret = s.insert(10);
	if (ret.second) 
    {
    
    
		cout << "第一次插入成功!" << endl;
	}
	else 
    {
    
    
		cout << "第一次插入失败!" << endl;
	}
	ret = s.insert(10);
	if (ret.second) 
    {
    
    
		cout << "第二次插入成功!" << endl;
	}
	else 
    {
    
    
		cout << "第二次插入失败!" << endl;
	}
	//multiset
	multiset<int> ms;
	ms.insert(10);
	ms.insert(10);
	for (multiset<int>::iterator it = ms.begin(); it != ms.end(); it++) 
    {
    
    
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

如果不允许插入重复数据可以利用set
如果需要插入重复数据利用multiset

3.3 map

3.3.1 map的介绍

文档介绍

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。

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;

在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。

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)。

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。

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))。

3.3.2 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
注意：在使用map时，需要包含头文件。

map构造和赋值

函数原型：

构造：

map<T1, T2> mp; //map默认构造函数:
map(const map &mp); //拷贝构造函数

赋值：

map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

#include <map>
void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
    
    
	map<int,int>m; //默认构造
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));
	printMap(m);

	map<int, int>m2(m); //拷贝构造
	printMap(m2);

	map<int, int>m3;
	m3 = m2; //赋值
	printMap(m3);
}

int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：map中所有元素都是成对出现，插入数据时候要使用对组

map大小和交换

统计map容器大小以及交换map容器

函数原型：

size(); //返回容器中元素的数目
empty(); //判断容器是否为空
swap(st); //交换两个集合容器

示例：

#include <map>
void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
    
    
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	if (m.empty())
	{
    
    
		cout << "m为空" << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "m不为空" << endl;
		cout << "m的大小为： " << m.size() << endl;
	}
}
//交换
void test02()
{
    
    
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	map<int, int>m2;
	m2.insert(pair<int, int>(4, 100));
	m2.insert(pair<int, int>(5, 200));
	m2.insert(pair<int, int>(6, 300));

	cout << "交换前" << endl;
	printMap(m);
	printMap(m2);

	cout << "交换后" << endl;
	m.swap(m2);
	printMap(m);
	printMap(m2);
}
int main() 
{
    
    
	test01()
	test02();
	return 0;
}

总结：

统计大小 — size
判断是否为空 — empty
交换容器 — swap

map插入和删除
- map容器进行插入数据和删除数据
函数原型：
- insert(elem); //在容器中插入元素。
- clear(); //清除所有元素
- erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
- erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器。
- erase(key); //删除容器中值为key的元素。
示例：

#include <map>

void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}
void test01()
{
    
    
	//插入
	map<int, int> m;
	//第一种插入方式
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	//第二种插入方式
	m.insert(make_pair(2, 20));
	//第三种插入方式
	m.insert(map<int, int>::value_type(3, 30));
	//第四种插入方式
	m[4] = 40; 
	printMap(m);

	//删除
	m.erase(m.begin());
	printMap(m);

	m.erase(3);
	printMap(m);

	//清空
	m.erase(m.begin(),m.end());
	m.clear();
	printMap(m);
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

map插入方式很多，make_pair()和[]比较常用

插入 — insert
删除 — erase
清空 — clear

map查找和统计
- 对map容器进行查找数据以及统计数据
函数原型：
- find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
- count(key); //统计key的元素个数
示例：

#include <map>
//查找和统计
void test01()
{
    
    
	map<int, int>m; 
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));
	//查找
	map<int, int>::iterator pos = m.find(3);
	if (pos != m.end())
	{
    
    
		cout << "找到了元素 key = " << (*pos).first << " value = " << (*pos).second << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "未找到元素" << endl;
	}
	//统计
	int num = m.count(3);
	cout << "num = " << num << endl;
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

查找 — find （返回的是迭代器）
统计 — count （对于map，结果为0或者1）

map容器排序
- map容器默认排序规则为按照key值进行从小到大排序，掌握如何改变排序规则
- 利用仿函数，可以改变排序规则

示例：

#include <map>
class MyCompare 
{
    
    
public:
	bool operator()(int v1, int v2) 
    {
    
    
		return v1 > v2;
	}
};
void test01() 
{
    
    
	//默认从小到大排序
	//利用仿函数实现从大到小排序
	map<int, int, MyCompare> m;
	m.insert(make_pair(1, 10));
	m.insert(make_pair(2, 20));
	m.insert(make_pair(3, 30));
	m.insert(make_pair(4, 40));
	m.insert(make_pair(5, 50));
	for (map<int, int, MyCompare>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++) 
    {
    
    
		cout << "key:" << it->first << " value:" << it->second << endl;
	}
}
int main() 
{
    
    
	test01();
	return 0;
}

总结：

利用仿函数可以指定map容器的排序规则
对于自定义数据类型，map必须要指定排序规则,同set容器

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

文档介绍

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。

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;

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。

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。

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。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

multimap中的key是可以重复的。

multimap中的元素默认将key按照小于来比较

multimap中没有重载operator[]操作(思考下为什么?)。

使用时与map包含的头文件相同

4. 红黑树模拟实现STL中的map与set

传送门:快速过一遍红黑树

4.1 实现红黑树的迭代器

迭代器的好处是可以方便遍历，是数据结构的底层实现与用户透明。如果想要给红黑树增加迭代器，需要考虑以前问题

begin()与end()
STL明确规定，begin()与end()代表的是一段前闭后开的区间，而对红黑树进行中序遍历后，可以得到一个有序的序列，因此：begin()可以放在红黑树中最小节点(即最左侧节点)的位置，end()放在最大节点(最右侧节点)的下一个位置，关键是最大节点的下一个位置在哪块？
能否给成nullptr呢？答案是行不通的，因为对end()位置的迭代器进行–操作，必须要能找最后一个元素，此处就不行，因此最好的方式是将end()放在头结点的位置：

operator++()与operator–()

Self operator++()
{
    
    
	Node* cur = _node;
	if (cur->_right)//如果存在右子树，则找右子树最左节点(本质就是右子树的最小节点)
	{
    
    
		cur = cur->_right;
		while (cur->_left)
		{
    
    
			cur = cur->_left;
		}
		_node = cur;
	}
	else//没有右子树，就找孩子是父亲左孩子的节点
	{
    
    
		Node* parent = cur->_parent;
		while (parent != _header && parent->_left != cur)
		{
    
    
			cur = parent;
			parent = cur->_parent;
		}
		_node = parent;
	}
	return *this;
}

Self operator--()
{
    
    
	if (_node == _header)//如果迭代器的位置是end,那么--之后就是最大值
	{
    
    
		Node* cur = _header->_parent;
		while (cur->_right)
		{
    
    
			cur = cur->_right;
		}
		_node = cur;
	}
	else//正常节点的情况
	{
    
    
		Node* cur = _node;
		if (cur->_left)//如果存在左子树，就找左子树的最右节点(本质就是左子树的最大节点)
		{
    
    
			cur = cur->_left;
			while (cur->_right)
			{
    
    
				cur = cur->_right;
			}
			_node = cur;
		}
		else//找孩子是父亲的右孩子节点
		{
    
    
			Node* parent = cur->_parent;
			while (parent != _header && parent->_right != cur)
			{
    
    
				cur = parent;
				parent = cur->_parent;
			}
			_node = parent;
		}
	}

	return *this;
}

4.2 改造红黑树

在上一文章快速过一遍红黑树中,我们实现的黑红树并非是关联式,因为要实现map这样的容器,我们需要进行改造

大体框架如下:

// 因为关联式容器中存储的是<key, value>的键值对，因此
// k为key的类型，
// ValueType: 如果是map，则为pair<K, V>; 如果是set，则为k
// KeyOfValue: 通过value来获取key的一个仿函数类
template<class K, class ValueType, class KeyOfValue>
class RBTree
{
    
    
	typedef RBTreeNode<ValueType> Node;
	typedef Node* PNode;
public:
	typedef RBTreeIterator<ValueType, ValueType*, ValueType&> iterator;
public:
	RBTree();
	~RBTree()
		/
		// Iterator
	iterator Begin() {
    
     return iterator(_pHead->_pLeft); }
	iterator End() {
    
     return iterator(_pHead); }
	//
	// Modify
	pair<iterator, bool> Insert(const ValueType& data)
	{
    
    
		// 插入节点并进行调整
		// 参考下面代码...
		return make_pair(Iterator(pNewNode), true);
	}
	// 将红黑树中的节点清空
	void Clear();
	iterator Find(const K& key);
	//
	// capacity
	size_t Size()const;
	bool Empty()const;
	// ……
private:
	PNode _pHead;
	size_t _size; // 红黑树中有效节点的个数
};

具体代码如下

#pragma once 
#include <iostream>
#include <time.h>
#include <assert.h>
namespace hdm
{
    
    
	enum Color
	{
    
    
		BLACK,	//黑色
		RED,	//红色
	};

	template<class T>
	struct RBTreeNode
	{
    
    
		T _data;
		RBTreeNode<T>* _left;
		RBTreeNode<T>* _right;
		RBTreeNode<T>* _parent;
		Color _col;

		RBTreeNode(const T& data=T())
			:_data(data),_left(nullptr),_right(nullptr),_parent(nullptr),_col(RED)//默认给节点红色
		{
    
    }
	};

	template<class T,class Ptr,class Ref>
	class _RBTreeIterator
	{
    
    
	public:
		typedef _RBTreeIterator<T, Ptr, Ref> Self;
		typedef _RBTreeIterator<T, T*, T&> iterator;

		typedef RBTreeNode<T> Node;
		_RBTreeIterator(Node* node,Node* header):_node(node),_header(header){
    
    }

		_RBTreeIterator(const iterator& it)
			:_node(it._node),_header(it._header)
		{
    
    }


		Self operator++()
		{
    
    
			Node* cur = _node;
			if (cur->_right)//如果存在右子树，则找右子树最左节点(本质就是右子树的最小节点)
			{
    
    
				cur = cur->_right;
				while (cur->_left)
				{
    
    
					cur = cur->_left;
				}
				_node = cur;
			}
			else//没有右子树，就找孩子是父亲左孩子的节点
			{
    
    
				Node* parent = cur->_parent;
				while (parent!=_header&&parent->_left != cur)
				{
    
    
					cur = parent;
					parent = cur->_parent;
				}
				_node = parent;
			}
			return *this;
		}

		Self operator--()
		{
    
    
			if (_node == _header)//如果迭代器的位置是end,那么--之后就是最大值
			{
    
    
				Node* cur = _header->_parent;
				while (cur->_right)
				{
    
    
					cur = cur->_right;
				}
				_node = cur;
			}
			else//正常节点的情况
			{
    
    
				Node* cur = _node;
				if (cur->_left)//如果存在左子树，就找左子树的最右节点(本质就是左子树的最大节点)
				{
    
    
					cur = cur->_left;
					while (cur->_right)
					{
    
    
						cur = cur->_right;
					}
					_node = cur;
				}
				else//找孩子是父亲的右孩子节点
				{
    
    
					Node* parent = cur->_parent;
					while (parent != _header && parent->_right != cur)
					{
    
    
						cur = parent;
						parent = cur->_parent;
					}
					_node = parent;
				}
			}
			
			return *this;
		}

		Ref operator*()
		{
    
    
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
    
    
			return &_node->_data;
		}

		bool operator==(const Self& it) const
		{
    
    
			return _node == it._node;
		}

		bool operator!=(const Self& it)const
		{
    
    
			return _node != it._node;
		}
	//private:
		Node* _node;
		Node* _header;
	};

	template<class K,class T,class KeyOfT>
	class RBTree
	{
    
    
	public:
		typedef RBTreeNode<T> Node;
		typedef _RBTreeIterator<T, T*, T&> iterator;
		typedef _RBTreeIterator<T, const T*, const T&> const_iterator;


		iterator begin()
		{
    
    
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur->_left)
			{
    
    
				cur = cur->_left;
			}
			return iterator(cur, _header);
		}

		iterator end()
		{
    
    
			return iterator(_header, _header);
		}

		const_iterator begin()const 
		{
    
    
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur->_left)
			{
    
    
				cur = cur->_left;
			}
			return const_iterator(cur, _header);
		}
		const_iterator end()const 
		{
    
    
			return const_iterator(_header, _header);
		}

		std::pair<iterator,bool> Insert(const T& data)
		{
    
    
			if (_header == nullptr)
			{
    
    
				_header = new Node();
				Node* root = new Node(data);
				root->_parent = _header;
				_header->_parent = root;
				_header->_left = _header->_right = root;
				_header->_col = BLACK;
				++_size;
				return std::make_pair(iterator(_header->_parent, _header), true);
			}

			Node* cur = _header->_parent;
			Node* parent = cur;//记录cur的父亲
			while (cur)
			{
    
    
				if (KeyOfT()(cur->_data) > KeyOfT()(data))
				{
    
    
					parent = cur;
					cur = cur->_left;
				}
				else if (KeyOfT()(cur->_data) < KeyOfT()(data))
				{
    
    
					parent = cur;
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
    
    
					return std::make_pair(iterator(cur, _header),false);//不允许插入重复节点
				}
			}

			//判断kv和parent的关系，确定kv的位置
			cur = new Node(data);
			Node* newnode = cur;
			if (KeyOfT()(parent->_data) > KeyOfT()(data))
			{
    
    
				parent->_left = cur;
			}
			else
			{
    
    
				parent->_right = cur;
			}
			cur->_parent = parent;

			//判断是否符合黑红树规则
			while (parent!=_header && parent->_col == RED)
			{
    
    
				//三种情况
				//1.叔叔节点存在而且为空
				//2.叔叔节点不存在或者存在且为黑，插入节点与parent同侧
				//3.叔叔节点不存在或者存在且为黑，插入节点与parent不同侧
				//注意分左右侧，细分一共6种
				Node* grandparent = parent->_parent;
				if (grandparent->_left == parent)//在左子树处理
				{
    
    
					//叔叔节点位置在parent另一侧
					Node* uncle = grandparent->_right;
					if (uncle && uncle->_col == RED)//情况一：叔叔节点存在而且为红
					{
    
    
						//直接变色处理:parent和uncle变黑，grandparent变红
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;
						grandparent->_col = RED;

						//这种改grandparent的情况要继续往上处理
						cur = grandparent;
						parent = cur->_parent;
					}
					else//这种情况就是uncle不是红色或者不存在
					{
    
    
						//分两种情况：
						//1.parent和cur同侧
						//2.parent和cur不同侧
						if (parent->_left == cur)//同侧的情况
						{
    
    
							//对grandparent右单旋+变色
							RotateR(grandparent);
							parent->_col = BLACK;
							grandparent->_col = RED;
						}
						else//不同侧的情况
						{
    
    
							//左右旋+变色
							//对parent左单旋，再对grandparent右单旋
							RotateL(parent);
							RotateR(grandparent);
							cur->_col = BLACK;
							grandparent->_col = RED;
						}
						break;//这种情况替换了grandparent但是原来黑的位置不变，不会影响其他
					}
				}
				else//在右子树处理--跟上面相反
				{
    
    
					Node* uncle = grandparent->_left;
					if (uncle&& uncle->_col == RED)
					{
    
    
						//变色处理
						grandparent->_col = RED;
						parent->_col = uncle->_col = BLACK;

						//向上处理
						cur = grandparent;
						parent = cur->_parent;
					}
					else
					{
    
    
						if (parent->_right == cur)//同侧
						{
    
    
							//左单旋+变色
							RotateL(grandparent);
							grandparent->_col = RED;
							parent->_col = BLACK;
						}
						else//不同侧
						{
    
    
							//右左旋+变色
							//对parent右单旋+对grandparent左单旋+变色
							RotateR(parent);
							RotateL(grandparent);
							grandparent->_col = RED;
							cur->_col = BLACK;
						}
						break;
					}
				}

			}//while end

			_header->_parent->_col = BLACK;//保证根节点是黑色
			update_header();//更新虚拟头节点的孩子指向
			++_size;
			return std::make_pair(iterator(newnode, _header),true);
		}//Insert end

		size_t size()const
		{
    
    
			return _size;
		}
		iterator Find(const K& x)
		{
    
    
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur)
			{
    
    
				if (KeyOfT()(cur->_data) > KeyOfT()(x))
				{
    
    
					cur = cur->_left;
				}
				else if (KeyOfT()(cur->_data) < KeyOfT()(x))
				{
    
    
					cur = cur->_right;
				}
				else
				{
    
    
					return iterator(cur,_header);
				}
			}
			return iterator(cur, _header);
		}
		void InorderTree()
		{
    
    
			InorderTree(_header->_parent);
		}
		bool IsValidRBTree()
		{
    
    
			if (_header->_parent == nullptr)//空树也是红黑树
				return true;
			if (_header->_parent->_col != BLACK)
			{
    
    
				std::cout << "违反了红黑树性质二：根节点必须为黑色" << std::endl;
				return false;
			}
			//获取任意一个节点的黑色节点
			size_t blackCount = 0;
			Node* cur = _header->_parent;
			while (cur)
			{
    
    
				if (cur->_col == BLACK)
					blackCount++;
				cur = cur->_left;
			}
			// 检测是否满足红黑树的性质，k用来记录路径中黑色节点的个数
			size_t k = 0;
			return IsValidRBTree(_header->_parent, blackCount, k);
		}

		void clear()
		{
    
    
			Node* cur = _header->_parent;
			clear(cur);
			_size = 0;
			delete _header;
		}

		bool empty()
		{
    
    
			return _size == 0;
		}
	private:
		void clear(Node* root)
		{
    
    
			if (root == nullptr)
				return;
			clear(root->_left);
			clear(root->_right);
			//--_size;
			delete root;
		}
		void update_header()//创建虚拟头节点与_root连接or更新虚拟头节点的指向
		{
    
    
			Node* root = _header->_parent;
			//找最小节点
			Node* left_min = root;
			while (left_min->_left)
			{
    
    
				left_min = left_min->_left;
			}
			//找最大节点
			Node* right_max = root;
			while (right_max->_right)
			{
    
    
				right_max = right_max->_right;
			}
			//hander的左孩子连接最小节点,右孩子连最大节点
			_header->_left = left_min;
			_header->_right = right_max;
		}

		void InorderTree(Node* root)
		{
    
    
			if (root == nullptr)
				return;
			InorderTree(root->_left);
			std::cout << root->_kv.first<<":"<<root->_kv.second << " ";
			InorderTree(root->_right);
		}
		void RotateL(Node* parent)//左单旋
		{
    
    
			Node* subR = parent->_right;
			Node* subRL = subR->_left;

			Node* pparent = parent->_parent;

			//连接
			parent->_right = subRL;
			if (subRL)
				subRL->_parent = parent;

			subR->_left = parent;
			parent->_parent = subR;
			subR->_parent = pparent;
			if (pparent == _header)
			{
    
    
				//那么subR就是新的根节点
				_header->_parent = subR;
			}
			else
			{
    
    
				//判断subR在pparent的那一侧
				if (KeyOfT()(pparent->_data) > KeyOfT()(subR->_data) )
				{
    
    
					pparent->_left = subR;
				}
				else
				{
    
    
					pparent->_right = subR;
				}
			}
		}

		void RotateR(Node* parent)//右单旋
		{
    
    
			Node* subL = parent->_left;
			Node* subLR = subL->_right;

			Node* pparent = parent->_parent;

			//连接
			parent->_left = subLR;
			if (subLR)
				subLR->_parent = parent;
			parent->_parent = subL;
			subL->_right = parent;
			subL->_parent = pparent;
			if (pparent == _header)
			{
    
    
				_header->_parent = subL;
			}
			else
			{
    
    
				//判断位于那一侧
				if (KeyOfT()(pparent->_data) > KeyOfT()(subL->_data))
				{
    
    
					pparent->_left = subL;
				}
				else
				{
    
    
					pparent->_right = subL;
				}
			}
		}

		bool IsValidRBTree(Node* root, size_t blackCount, size_t k)
		{
    
    
			//走到null之后，判断k和black是否相等
			if (root == nullptr)
			{
    
    
				if (k != blackCount)
				{
    
    
					std::cout << "违反性质四：每条路径中黑色节点的个数必须相同" << std::endl;
					return false;
				}
				return true;
			}
			// 统计黑色节点的个数
			if (root->_col == BLACK)
				k++;
			// 检测当前节点与其双亲是否都为红色
			Node* parent = root->_parent;
			if (parent && parent->_col == RED && root->_col == RED)
			{
    
    
				std::cout << "违反性质三：不能存在连在一起的红色节点" << std::endl;
				return false;
			}
			return IsValidRBTree(root->_left, blackCount, k) &&
				IsValidRBTree(root->_right, blackCount, k);
		}
	private:
		Node* _header = nullptr;//哨兵位头节点
		size_t _size = 0;// 红黑树中有效节点的个数
	};
}

4.3 set的模拟实现

set的底层为红黑树，因此只需在set内部封装一棵红黑树，即可将该容器实现出来

#pragma once
#include "RBTree.h"
#include <iostream>
using namespace std;
namespace hdm
{
    
    
	template<class K>
	class KeyofK
	{
    
    
	public:
		const K& operator()(const K& key)
		{
    
    
			return key;
		}
	};

	template<class K>
	class set
	{
    
    
	public:
		typedef typename hdm::RBTree<K,K,KeyofK<K>>::const_iterator iterator;
		typedef typename hdm::RBTree<K, K, KeyofK<K>>::const_iterator const_iterator;

		std::pair<iterator,bool> insert(const K& key)
		{
    
    
			return _t.Insert(key);
		}

		iterator begin()const
		{
    
    
			return _t.begin();
		}
		iterator end()const
		{
    
    
			return _t.end();
		}
		bool empty()
		{
    
    
			return _t.empty();
		}
		size_t size()
		{
    
    
			return _t.size();
		}
	private:
		hdm::RBTree<K, K, KeyofK<K>> _t;
	};


	void test_set()
	{
    
    
		int a[] = {
    
     4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
		set<int> s;
		for (auto e : a)
		{
    
    
			s.insert(e);
		}

		set<int>::iterator it = s.begin();
		while (it != s.end())
		{
    
    
			//(*it)++;
			//++(*it);
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		for (auto e : s)
		{
    
    
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

4.4 map的模拟实现

map的底层结构就是红黑树，因此也是在map中直接封装一棵红黑树，然后将其接口包装下即可

#pragma once
#include "RBTree.h"
namespace hdm
{
    
    
	template<class K,class V>
	class keyofV
	{
    
    
	public:
		const K& operator()(const std::pair<K, V>& kv)
		{
    
    
			return kv.first;
		}
	};

	template<class K,class V>
	class map
	{
    
    
	public:
		typedef typename hdm::RBTree<K,std::pair<const K, V>, keyofV<K, V>>::iterator iterator;

		iterator begin()
		{
    
    
			return _t.begin();
		}
		iterator end()
		{
    
    
			return _t.end();
		}

		std::pair<iterator, bool> insert(const std::pair<K, V>& kv)
		{
    
    
			return _t.Insert(kv);
		}

		V& operator[](const K& key)
		{
    
    
			std::pair<iterator, bool> ret = _t.Insert(std::make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}
		size_t size()
		{
    
    
			return _t.size();
		}

		void clear()
		{
    
    
			_t.clear();
		}

		bool empty()
		{
    
    
			return _t.empty();
		}

	private:
		hdm::RBTree<K,std::pair<const K, V>, keyofV<K,V>> _t;
	};

    
    //测试代码
	void test_map()
	{
    
    
		int a[] = {
    
     4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14 };
		map<int, int> m;
		for (auto e : a)
		{
    
    
			if(e == 14)
				int i = 14;
			m.insert(std::make_pair(e, e));
		}
		//for (auto& e : m)
		//{
    
    
		//	cout << e.first << ":" << e.second << endl;
		//}
		auto it = m.begin();
		while (it != m.end())
		{
    
    
			std::cout << it->first << ":" << it->second << std::endl;
			++it;
		}

		it = m.end();
		while (it != m.begin())
		{
    
    
			--it;
			std::cout << it->first << ":" << it->second << std::endl;
		}
		cout << "总数" << m.size() << endl;
		cout << "empty:" << m.empty() << endl;
		m.clear();
		cout << "clear().." << endl;
		cout << "empty:" << m.empty() << endl;

		cout << "总数" << m.size() << endl;

	}


	void TestMap()
	{
    
    
		//统计水果出现的次数
		std::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> mapcount;
		for (auto& e : arr)
		{
    
    
			mapcount[e]++;
		}

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

}//namespace end

【C++】模拟实现map和set

1.关联式容器

2 .键值对

3.树形结构的关联式容器

3.1 set

3.1.1 set介绍

3.1.2 set的使用

3.2 multiset

3.2.1 multiset的介绍

3.2.2 multimap的使用

3.3 map

3.3.1 map的介绍

3.3.2 map的使用

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

3.4.2 multimap的使用

4. 红黑树模拟实现STL中的map与set

4.1 实现红黑树的迭代器

4.2 改造红黑树

4.3 set的模拟实现

4.4 map的模拟实现

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