【C++】：set和map

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关多态的知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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目录

1. 关联式容器

2. 键值对

3. set

3.1 set的介绍

3.2 set的使用

3.2.1 set的模板参数列表

3.2.2 set的构造

3.2.3 set的迭代器

3.2.4 set的容量

3.2.5 set的修改操作

3.2.6 其他接口

3.3 multiset的介绍

3.4 multiset的使用

4. map

4.1 map的介绍

4.2 map的使用 

4.2.1 map的模板参数列表

4.2.2 map的构造

4.2.3 map的迭代器

4.2.4 map的容量

4.2.5 map的元素修改

4.2.6 map元素的访问

4.3 multimap的介绍 

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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。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. set

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：set、multiset、map、multismap。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的介绍

set文档介绍

• 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。

简而言之，set是一个key模型的容器，插入只需要插入key即可。

3.2 set的使用

3.2.1 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

3.2.2 set的构造

函数声明	功能介绍
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

3.2.3 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， 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

3.2.4 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true
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

3.2.5 set的修改操作

函数声明	功能介绍
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 ( 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

set是类似于搜索二叉树的一个树形结构容器，它是不支持对里面的数据进行修改的，并且在插入节点的时候如果set原本就存在和这个一样的数据，也是不能插入的，所以set中的insert返回值是一个pair，pair的first是一个迭代器，表示指向插入的位置，pair中的second是一个bool值，表示是否插入成功。

void Test_set1()
{
	//排序+去重
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(2);
	s.insert(6);
	s.insert(1);
	s.insert(1);
	s.insert(2);

	//pair<set<int>::iterator, bool> ret1 = s.insert(5);
	auto ret1 = s.insert(5);
	cout << ret1.second << endl;

	//删除存在的元素
	s.erase(5);

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

	//找到了返回该元素的迭代器，否则返回end的位置
	set<int>::iterator it = s.find(2);
	if (it != s.end())
	{
		s.erase(it);
	}

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

	//查看一个元素在不在
	if (s.count(3))
	{
		cout << "3在" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "3不在" << endl;
	}
}

3.2.6 其他接口

函数声明	功能介绍
iterator lower_bound (const value_type& val) const	返回大于等于val值位置的iterator
iterator upper_bound(const value_type& val) const	返回大于val值位置的iterator
pair<iterator, iterator> const value_type& val) const	返回等于val值的迭代器区间

void test_set2()
{
	set<int> myset;
	set<int>::iterator itlow, itup;

	for (int i = 1; i < 10; i++)
	{
		myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90
	}

	itlow = myset.lower_bound(30);                // >= val值位置的iterator
	itup = myset.upper_bound(60);                 // >  val值位置的iterator


	myset.erase(itlow, itup);                     // 10 20 70 80 90

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

void test_set3()
{
	set<int> myset;

	for (int i = 1; i <= 5; i++)
	{
		myset.insert(i * 10);   // myset: 10 20 30 40 50
	}
	//pair<set<int>::const_iterator, set<int>::const_iterator> ret;
	auto ret = myset.equal_range(30);

	cout << "the lower bound points to: " << *ret.first << '\n';   // >= val
	cout << "the upper bound points to: " << *ret.second << '\n';  // > val
}

注意：

• 1. 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。
• 2. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
• 3. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
• 4. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
• 5. set中的元素默认按照小于来比较
• 6. set中查找某个元素，时间复杂度为：
• 7. set中的元素不允许修改
• 8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3.3 multiset的介绍

multiset文档介绍

• 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)。

注意：

• 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：
• 7. multiset的作用：可以对元素进行排序

3.4 multiset的使用

multiset的使用接口与set的使用接口是一样的，只不过multiset可以允许存储在里面的数据重复，那么相比于set这里的equal_range就有很大的用处了：

void test_multiset()
{
	typedef multiset<int>::iterator It;
	int arr[] = { 10,20,50,30,40,60,30,30 };
	multiset<int> s;
	for (auto e : arr)
	{
		s.insert(e);
	}
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";  //10 20 30 30 30 40 50 60
	}
	cout << endl;

	std::pair<It, It> ret = s.equal_range(30);  //找到等于val值的区间

	s.erase(ret.first, ret.second);  //删除

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";     // 10 20 40 50 60
	}
	cout << endl;
}

还需要注意的是multiset中的find，如果有多个相同的值，返回的是第一个中序遍历得到的val的迭代器

4. map

4.1 map的介绍

map的文档介绍

• 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：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))。

4.2 map的使用 

4.2.1 map的模板参数列表

• 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。

4.2.2 map的构造

函数声明	功能介绍
map()	构造一个空的map
map (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	使用迭代器区间初始化
map（const map& x）	拷贝构造

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

4.2.4 map的容量

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

4.2.5 map的元素修改

函数声明	功能简介
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中查找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

void test_map1()
{
	map<string, string> dirt;
	dirt.insert(std::pair<string, string>("insert", "插入"));
	dirt.insert(std::pair<string, string>("erase", "删除"));
	dirt.insert(std::pair<string, string>("find", "查找"));
	dirt.insert(std::pair<string, string>("modify", "修改"));

	dirt.insert(make_pair("left", "左边"));
	dirt.insert(make_pair("right", "右边"));

	for (auto& e : dirt)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << "------------" << endl;
	auto it = dirt.find("find");
	if (it != dirt.end())
	{
		dirt.erase(it);
	}
	for (auto& e : dirt)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}

这里再插入的时候可以使用pair实例化传参，也可以使用make_pair进行模板匹配传参，两者都可以，更推荐后者：

4.2.6 map元素的访问

函数声明
mapped_type& operator[] (const key_type& k)	返回去key对应的value

我们来重点了解一下operator[]的使用：

key_type就是在构造map时传递的第一个参数key，这个值是不允许修改的。

mapped_type是与key对应的value，这个值是可以允许修改的。

operator[]返回的是key对应的val，那么这个返回的过程我们可以来具体的了解一下：

可以看到operator[]与insert也有一定的关系，所以我们来结合insert来一起研究一下：

insert的返回值是一个pair，插入成功和插入失败分别对应不同的迭代器，那么在使用operator[]时肯定会有插入的成分，所以在使用时要传递一个key类型的对象，然后先进行插入，插入成功返回key对应的val，插入失败返回已有的key对应的val，那么现在再来拆分一下它如何返回的。

了解到这里，我们就可以通过operator[]接口来实现一些有用的操作了，它的作用十分广泛，接下来让我们一一了解：

比如，要统计一个数组中各各元素出现的次数

先来演示普通的写法：使用map来进行统计，先遍历这个数组，如果该元素在map中已有存储，那么只需要将它的second++进行计数即可，如果map中没有这个元素，那么将该元素进行插入，并将它的value设置为1即可。

void test_map2()
{
	//统计次数
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	//普通写法
	for (auto str : arr)
	{
		//遍历string然后在map中进行查找
		auto ret = countMap.find(str);
		if (ret != countMap.end())
		{
			ret->second++;  //存在将value++
		}
		else
		{
			countMap.insert(make_pair(str,1));  //不存在进行插入然后将value置为1
		}
	}

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

再来看看使用operator[]进行统计：

void test_map2()
{
	//统计次数
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string, int> countMap;

	//使用operator[]
	for (auto str : arr) //遍历string，依次使用[]进行统计
	{
		countMap[str]++; //返回的是value的值，对其++即可完成计数
	}
	
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

使用operator[]可以看到代码简单了不少，那么来简单的分析一下是怎么实现的，首先operator[]返回的是key对应的value，那么在这个场景中，如果我们传递的是“苹果”，那么首先会使用insert对“苹果”插入，如果之前就存在“苹果”，那么insert对应的返回值就是已经存在的“苹果”的位置，然后将它对应的value返回，如果不存在，进行插入，并且返回新插入的位置，然后将它对应的value返回，那么在这里再使用++即可完成对次数的统计。

operator[]用处很多，我们可以来用一下：

void test_map3()
{
	map<string, string> dirt;
	dirt.insert(make_pair("left", "左"));  //插入

	cout << dirt["left"] << endl; // 查找
	dirt["right"] = "右";		  //插入+修改
	dirt["left"] = "混合";        //修改
	dirt["test"];				 //插入
}

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
• 6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

4.3 multimap的介绍 

multimap的文档介绍

• 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。

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（因为multimap是可以允许key重复的，如果存在operator[]，那么会造成数据的不清晰，影响访问）
• 4. 使用时与map包含的头文件相同

朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！