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1. 关联式容器
在之前文章中，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)
{}
};这个类我们下面会经常用到。 下面这个接口也会用到，会帮我们创建 pair 键值对。
//make_pair 会自动推出类型
template<class T1,class T2>
pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
return pair<T1, T2>(x, y);
}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。本篇文章讲解一下树形结构，哈希结构我们后面文章会讲。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的介绍
翻译：
- 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。
- 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，因为修改会就可能不再是一个二叉搜索树了。
- 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
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
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. set的迭代器
| 函数声明() | 函数介绍 |
| 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begin |
| 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 |
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 |
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>，为什么这样返回，我们后面会讲到 |
| 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 |
6. set的举例使用
void test1()
{
//查找在不在
//排序+去重
set<int> s;//底层红黑树，是二叉搜索树
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(6);
s.insert(1);
s.insert(2);//二叉搜索树不能有相同的值，已经有的不再插入，返回pair<iterator,bool>
auto ret1 = s.insert(6);
cout << ret1.second << endl;
pair<set<int>::iterator, bool> ret2 = s.insert(6);
cout << ret1.second << endl;
set<int>::iterator it = s.begin();//中序遍历
while (it != s.end())
{
//*it = 10;set不支持修改
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
s.erase(2);//直接删除
//迭代器删除
set<int>::iterator it1 = s.find(3);//找不到返回s.end()
if (it1 != s.end())
{
s.erase(it1);//s.erase(s.end())程序会崩溃
//迭代器删除成功后会返回1 size_type 即 size_t
//失败返回0
}
if (s.count(3))//返回val的个数，0表示没有
{
cout << "3存在" << endl;
}
else
{
cout << "3不在" << endl;
}
//支持迭代器就支持范围for
for (auto& x : s)
{
cout << x << " ";
}
cout << endl;
}
void test2()
{
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
//可以去官方文档中查看下面函数的定义
//itlow = myset.lower_bound(30);
itlow = myset.lower_bound(25);//返回大于等于>=val值位置的迭代器
//itup = myset.upper_bound(60);//迭代器区间左闭右开，返回的是70的位置
itup = myset.upper_bound(65);//返回大于>val值位置的迭代器，还是返回70的位置
myset.erase(itlow, itup);//删除迭代器区间
for (auto& x : myset)
{
cout << x << " ";//10 20 80 90
}
cout << endl;
}
void test3()
{
set<int> myset;
set<int>::iterator itlow, itup;
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{
myset.insert(i * 10);
}
pair<set<int>::iterator, set<int>::iterator> ret;
//ret = myset.equal_range(30);//[30,40）
ret = myset.equal_range(35);//[40,40）
cout << "the lower bound points to:" << *ret.first << endl;// >=val
cout << "the upper bound points to:" << *ret.second << endl;// > val
}3.2 map
3.2.1 map的介绍
翻译：
- 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))。
3.2.2 map的使用
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，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。
2. map的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
| map() | 构造一个空的map |
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. 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) |
返回去key对应的value |
问题：当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？
注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，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value，at()函数直接抛异常。
这里就可以理解为什么insert返回pair<iterator,bool>，bool返回是否插入成功，然后利用第一个返回值可以确定插入或查找到元素的位置，然后可以读取这个位置的value.
5. map元素的修改
| 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中插入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中插入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 |
6.使用示例：
void test5()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));//pair<> 匿名对象
dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));//Insert的参数是size_type 类型 匿名对象调用构造函数，变成 size_type 类型
//会将char*转换为stirng类型
dict.insert(make_pair("right", "右边"));//推荐这种写法
string s1("xxxx"), s2("yyyy");
dict.insert(make_pair(s1, s2));
//make_pair 会自动推出类型
//template<class T1,class T2>
//pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
//{
// return pair<T1, T2>(x, y);
//}
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
cout << it.operator->()->first << ":" << it->second << endl;
//it.operator->() 返回pair类型的指针
it++;
}
for (auto& x : dict)
{
//x.frist += 'x';
x.second += 'x';//second 能修改，frist不能修改
cout << x.first << ":" << x.second << endl;
}
dict["erase"];//插入，返回pair的second的引用
cout << dict["erase"] << endl;//查找
dict["erase"] = "删除"; //修改
cout << dict["erase"] << endl;
dict["test"] = "测试";//插入+修改
dict["left"] = "左边，剩余";//修改
}
//统计个数
void test6()
{
string arr[] = { "香蕉","苹果","香蕉","葡萄","苹果","香蕉","葡萄","西瓜","苹果","橘子","橘子","葡萄","苹果","香蕉","梨","苹果","香蕉","橘子" };
map<string, int> countMap;
for (auto& x : arr)
{
/* map<string, int>::iterator it = countMap.find(x);
if (it != countMap.end())
{
it->second++;
}
else
{
countMap.insert(make_pair(x, 1));
}*/
countMap[x]++;//给一个key，返回一个value的引用
// multimap不支持[]
}
for (auto& x : countMap)
{
cout << x.first << ":" << x.second << endl;
}
}
3.3 multiset
3.3.1 multiset的介绍
翻译：
- 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
3.3.2 multiset的使用
此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，同学们可参考set。
void test4()
{
//排序
//比根大放左边和右边都一样
multiset<int> s;//书中可以有相同的值
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(6);
s.insert(6);
s.insert(1);
s.insert(2);
s.insert(2);
multiset<int>::iterator it = s.begin();//中序遍历
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
for (auto& x : s)
{
cout << x << " ";
}
cout << endl;
//如果有多个相同的值，find返回中序的第一个val
it = s.find(2);//返回哪一个2？
while (it != s.end())//返回中序的第一个2
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
cout << "1的个数:" << s.count(1) << endl;//这个接口对set意义不大
pair<multiset<int>::iterator, multiset<int>::iterator> ret;
ret = s.equal_range(2);//这个接口对于set意义不大
//[>=2,>2)
//s.erase(ret.first, ret.second);//删除相等的值
size_t num = s.erase(2);//也可以删除全部的2
cout << "删除2的个数:" << num << endl;
//返回删除的几个值，可以理解为什么返回的是size_t ，而不是bool
for (auto& x : s)
{
cout << x << " ";
}
cout << endl;
}
3.4 multimap
3.4.1 multimap的介绍
翻译：
- 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，因为会有多个相同的key。
- 使用时与map包含的头文件相同。
void test7()
{
multimap<string, string> dict;//允许键值冗余
dict.insert(make_pair("left", "左边"));
dict.insert(make_pair("left", "剩余"));//map不会修改
for (auto& x : dict)
{
cout << x.first << ":" << x.second << endl;
}
}本篇结束！