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一、前言
1.1 关联式容器
在前面，已经向大家介绍了 STL 中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list（C++11中引入）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呢？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。
1.2 键值对
用来表示具有一对一对印关系的一种结构，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，即通过该英文单词，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;
//成员变量
T1 first;
T2 second;
//默认构造函数
pair(): first(T1()), second(T2())
{
}
pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
{
}
};
注意：底层为什么要存 pair 呢？以 map 为例，map 是一个 <key，value> 结构，按照我们以前的做法，是在 map 的结点中存一个 key 再存一个 value，但是对迭代器解引用的时候就会产生问题，因为 operator* 只能返回一个值，那到底返回 key 还是 value 呢？好像都不太合适，为了实现在解引用的时候将 key 和 value 同时返回，那么我们就想能否将 key 和 value 组合在一起得到一个新的结构，在解引用的时候返回这个结构，因此 pair 就诞生了。
1.3 树型结构的关联式容器
根据应用场景的不同，STL 总共实现了两种不同结构的关联式容器：树结型构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同特点是：使用平衡搜索树（即红黑树）作为其底层结构，容器中的元素是一个有序的序列。下面依次为大家介绍每一个容器。
二、set
2.1 set的介绍
-
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者删除它们。
-
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。
-
set 在底层是用二叉搜索树（红黑树）实现的。
注意：
-
与 map 和 multimap 不同，map 和 multimap 中存储的是真正的键值对 <key，value>，set 中只存放 value，但是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： l o g 2 n log2^n log2n。
-
set 中的元素个数不允许被修改。
-
set 中的底层使用二叉搜索树（红黑树）来实现的。
-
set 的作用是排序加去重。
2.2 set的使用
2.2.1 set 的模板参数列表
小Tips：T 是 set 中存放元素的类型，实际在底层存储 <value，value> 的键值对。Compare 是仿函数，set 中元素默认按照小于来比较（默认排升序）。Alloc 是 set 中元素空间的管理方式，使用 STL 提供的空间配置器管理。
2.2.2 set 的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| set (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 构造空的 set |
| set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 用 [first，last) 区间中的元素构造 set |
| set(const set<Key, Compare, Alloc>& x); | set 的拷贝构造 |
2.2.3 set 的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| 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 |
| 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 cbegin |
2.2.4 set 的容量
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| bool empty() const | 检测 set 是否为空，空返回 true，否则返回 false |
| size_type size() const | 返回 set 中有效元素个数 |
2.2.5 set 修改操作
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| pair<iterator,bool> insert (const value_type& val); | 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 pos) | 删除 pos 位置上的与元素 |
| 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 |
| swap(set<Key, Compare, Alloc>& x) | 交换两个 set 中的元素 |
| void clear() | 将 set 中的元素清空 |
| iterator find(const key_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 |
| iterator lower_bound (const value_type& val) const; | 返回 set 中第一个大于等于 value 元素的迭代器（一般用来找迭代器区间的左边） |
| iterator upper_bound (const value_type& val) const; | 返回 set 中第一个大于 value 元素的迭代器（一般用来找迭代器区间的右边） |
| pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const; | 返回的是一个 pair，这个 pair 是一个包含 set 中所有 val 的区间，first 是左边界（就是 lower_bound 的返回值），second 是右边界（就是 upper_bound 的返回值） |
2.2.6 set 的使用举例
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
void TestSet()
{
//用array数组中的元素构造set
int array[] = {
1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
cout << "set中的元素个数:" << s.size() << endl;
//正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可以去重
cout << "正向打印:";
for (auto& e : s)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
//使用迭代器逆向打印set中的元素
cout << "逆向打印:";
auto it = s.rbegin();
while (it != s.rend())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
//set中值为3的元素出现了几次
cout << "set中三的个数:" << s.count(3) << endl;
}
int main()
{
TestSet();
return 0;
}
三、multiset
3.1 multiset 的介绍
-
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），但是可以从容器中插入或者删除。
-
在内部，multiset 中的元素总是按照其内部的比较规则（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 的底层结构是二叉搜索树（红黑树）。
注意：
-
multiset 在底层存储的是 <value，value> 的键值对。
-
multiset 的插入接口中只需要插入 value 即可。
-
与 set 的区别是，multiset 中的元素可以重复，set 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，时间复杂度是 O ( l o g 2 N ) O(log2^N) O(log2N)。
-
multiset 的作用是可以对元素进行排序。
3.2 multiset 的使用
multiset 的接口和 set 的接口相同，这里不再过多赘述，下面演示一下，multiset 中允许出现重复值。
void TestMultiset()
{
// 用array数组中的元素构造multiset
int array[] = {
1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
cout << "multiset中的元素个数:" << s.size() << endl;
//正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可以去重
cout << "正向打印:";
for (auto& e : s)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
//下面删掉所有的7
auto pa = s.equal_range(7);
s.erase(pa.first, pa.second);
//正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可以去重
cout << "正向打印:";
for (auto& e : s)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
TestMultiset();
return 0;
}
四、map
4.1 map 的介绍
-
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 value 组合而成的元素。
-
在 map 中，键值 key 通常用于排序和唯一地标识元素，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。
-
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，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，更准确的说是平衡二叉搜索树（红黑树）。
4.2 map 的使用
4.2.1 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（排升序），一般情况下内置类型元素该参数不需要传递，如果无法比较式，比如自定义类型，需要用户自己显示传递比较规则（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。
4.2.2 map 的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | map 的默认构造函数 |
| template <class InputIterator>map (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | map 的迭代器区间构造函数 |
| map(const map<Key, T, Compare, Alloc>& x) | map 的拷贝构造函数 |
4.2.3 map 的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| 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 的意义相同，但是 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 |
4.2.4 map 的容量与元素访问
| 函数声明 | 功能简介 |
|---|---|
| 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 key 对应的 value |
注意：在元素访问时，有一个与 operator[ ] 类似的接口 at()（该接口不常用），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，返回该默认的 value，at() 接口则是直接抛异常。operator[ ] 的底层是通过调用 insert 来实现的，他主要有以下三个功能：查找读取（key 存在时）、插入（key 不存在时，此时的 value 是一个匿名对象，调用 value 的默认构造）、插入修改（key 不存在，并且给一个 value 的初始值）。
void TestMap1()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
dict.insert(make_pair("insert", "插入"));
cout << dict["sort"] << endl;//查找和读取
dict["map"]; //插入
dict["map"] = "映射，地图"; //修改
dict["insert"] = "xxx"; //修改
dict["set"] = "集合"; //插入+修改
}
4.2.5 map 中元素的修改
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| 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 代表是否插入成功 |
| void erase(iterator pos) | 删除 pos 位置上的元素 |
| size_type erase(const key_type& x) | 删除键值为 x 的元素，返回删除掉的元素个数 |
| 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 中查找 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 中的 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 |
4.2.6 map 使用举例
void TestMap()
{
map<string, string> m;
// 向map中插入元素的方式：
// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对
m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));//匿名对象
// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对
m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));//此方法最常用
// 借用operator[]向map中插入元素
/*
operator[]的原理是：
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
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
operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回
*/
// 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引
m["apple"] = "苹果";
// key不存在时抛异常
//m.at("waterme") = "水蜜桃";
cout << m.size() << endl;
// 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列
for (auto& e : m)
cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
cout << endl;
// map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));
if (ret.second)
cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;
else
cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->" << ret.first->second << " 插入失败" << endl;
// 删除key为"apple"的元素
m.erase("apple");
if (1 == m.count("apple"))
cout << "apple还在" << endl;
else
cout << "apple被吃了" << endl;
}
int main()
{
TestMap();
return 0;
}
总结：
-
map 中的元素是键值对。
-
map 中的 key 是唯一的，并且不能修改。
-
默认按照小于的方式对 key 进行比较。
-
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。
-
map 的底层为平衡搜索树（红黑树），查找效率比较高 O ( l o g 2 N ) O(log2^N) O(log2N)。
-
支持 [ ] 操作符，operator[ ] 中实际上是调用 insert 进行插入查找。
五、multimap
5.1 multimap 的介绍
-
multimap 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 排序和唯一的标识元素，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的比较对象，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 的有序序列。
-
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 中的 key 是可以重复的。
5.2 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（排升序）。
-
multimap 中没有重载 operator[ ] 操作。因为 key 可以重复，这就导致一个 key 可能会对应多个 value。
-
multimap 的 insert 返回值不再是 pair 了，因为它的插入一定会成功，只会返回插入元素的迭代器。
-
使用时与 map 包含相同的头文件。
六、结语
今天的分享到这里就结束啦！如果觉得文章还不错的话，可以三连支持一下，春人的主页还有很多有趣的文章，欢迎小伙伴们前去点评，您的支持就是春人前进的动力！
