C++ Primer(第五版)|练习题答案与解析(第十一章:关联容器)

C++ Primer(第五版)|练习题答案与解析(第十一章:关联容器)

本博客主要记录C++ Primer(第五版)中的练习题答案与解析。
参考:C++ Primer
C++ Primer

练习题11.1

描述map和vector的不同。

• vector是顺序容器，只能存放单一类型的数据。
• map是关联的容器，存放一对key-value,值表示与索引相关联的数据，这两个数据可以是不同类型。（P374）

练习题11.2

分别给出最适合使用list、vector、deque、map以及set的例子。

• list ，适用于在中间进行操作的情况。

• vector, 构建动态数组（不确定大小）。

• deque，适用于只需要在头尾进行操作的情况。

• map ， 字典（Key-Value）对应。

• set ， 集合。

练习题11.3

编写你自己的单词计数程序。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>
using namespace std;
int main()
{
    map<string, size_t> word_count;
    string word;
    while (cin >> word) {
        ++ word_count[word];
    }

    for (const auto& w : word_count) {
        cout << w.first << " occurs " << w.second << ((w.second > 1) ?  " times" : " time.")  << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

the C++ is very very interesting
^Z
C++ occurs 1 time.
interesting occurs 1 time.
is occurs 1 time.
the occurs 1 time.
very occurs 2 times

练习题11.4

扩展你的程序，忽略大小写和标点。例如，“example.”、"example,"和"Example"应该递增相同的计数器。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>
//using namespace std;
//如果直接使用std，remove_if就编译不过，原因未知
using std::remove_if;
using std::string;
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
using std::map;
int main()
{
    map<string, size_t> word_count;
    string word;
    while (cin >> word) {
        for (auto& ch : word) ch = tolower(ch);
        word.erase(remove_if(word.begin(), word.end(), ispunct), word.end());
        ++ word_count[word];
    }
    for (const auto& w : word_count) {
        cout << w.first << " occurs " << w.second << ((w.second > 1) ?  " times" : " time.")  << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

the C++ is Very very interesting and Interesting.
^Z
and occurs 1 time.
c occurs 1 time.
interesting occurs 2 times
is occurs 1 time.
the occurs 1 time.
very occurs 2 times

ispunct了解
remove_if了解

练习题11.5

解释map和set的区别。你如何选择使用哪个？

P376
map必须指明关键字类型和值类型
set只需指明关键字类型，没有值。
看情况使用。

练习题11.6

解释set和list的区别。你如何选择使用哪个？

set是关联容器，进行查找、修改操作效率高。
list是顺序容器，插入删除等操作效率低。

练习题11.7

定义一个map，关键字是家庭的姓，值是一个vector，保存家中孩子们的名。编写代码，实现添加新的家庭以及向已有家庭中添加新的孩子。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    map<string, vector<string>> Families;
    string family_name;
    vector<string> child_name;
    string name;
    int if_continue = 1;
    while (if_continue) {
        cout << "Please input the family name: ";
        cin >> family_name;
        cout << "Please input the child name: ";
        cin >> name;
        Families[family_name].push_back(name);
        cout << "Continue?(1/0)";
        cin >> if_continue;
    }

    for (const auto& f : Families) {
        cout << f.first << "\t\t";
        for (const auto n : f.second) {
            cout << n << "\t";
        }
        cout << endl;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

测试：

Please input the family name: Bod
Please input the child name: Jack
Continue?(1/0)1
Please input the family name: ROse
Please input the child name: Zer
Continue?(1/0)0
Bod             Jack
ROse            Zer

练习题11.8

编写一个程序，在一个vector而不是一个set中保存不重复的单词。使用set的优点是什么？

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
    vector<string> exclude = { "test", "the", "C++" };
    for (string word; cout << "Enter plz:\n", cin >> word; )
    {
        auto is_excluded = binary_search(exclude.cbegin(), exclude.cend(), word);
        auto reply = is_excluded ? "excluded" : "not excluded";
        cout << reply << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

Enter plz:
train
not excluded
Enter plz:
test
excluded
Enter plz:
go
not excluded
Enter plz:
^Z

set具有更快的查找速度。

练习题11.9

定义一个map，将单词与一个行号的list关联，list中保存的是单词所出现的行号。

定义：map<string, list<size_t>> m;满足key-value。

练习题11.10

可以定义一个vector::iterator到int的map吗？list::iterator到int的map呢？对于这两种情况，如果不能，解释为什么。

map<vector<int>::iterator, int> m;
map<list<int>::iterator, int> l;

可以被声明，可以编译通过，但不能实际使用，因为iterator不支持比较操作。（P378）.要排序就得支持比较。

练习题11.11

不使用decltype重新定义bookstore。

#include <iostream>
#include <string>
#include <set>
#include "Sales_data.h"
using namespace std;
bool compareIsbn(const Sales_data& lhs, const Sales_data& rhs)
{
    return lhs.isbn() > rhs.isbn();
}
int main()
{
    using compare = bool(*)(const Sales_data&, const Sales_data&);
    multimap<Sales_data, compare> bookstore(compareIsbn);

    return 0;
}

练习题11.12

编写程序，读入string和int的序列，将每个string和int存入一个pair中，pair保存在一个vector中。

练习题11.13

在上一题的程序中，至少有三种创建pair的方法。编写此程序的三个版本，分别采用不同的方法创建pair。解释你认为哪种形式最易于编写和理解，为什么？

#include <vector>
#include <utility>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    vector<pair<string, int>> vec;
    vector<pair<string, int>> vec1;
    vector<pair<string, int>> vec2;
    vector<pair<string, int>> vec3;
    string str;
    int i;
    while (cin >> str >> i)
        vec.push_back(pair<string, int>(str, i));
        vec1.push_back(make_pair(str, i));
        vec2.push_back({ str, i });
        vec3.emplace_back(str, i); //最简单
    cout<<"vec :";
    for (const auto &p : vec)
        cout << p.first << ":" << p.second << endl;
    cout<<"vec1:";
    for (const auto &p : vec1)
        cout << p.first << ":" << p.second << endl;
    cout<<"vec2:";
    for (const auto &p : vec2)
        cout << p.first << ":" << p.second << endl;
    cout<<"vec3:";
    for (const auto &p : vec3)
        cout << p.first << ":" << p.second << endl;
}

测试：

Bob 16
^Z
vec :Bob:16
vec1:Bob:16
vec2:Bob:16
vec3:Bob:16

关于emplace_back

练习题11.14

扩展11.2.1节练习中编写的孩子姓到名的map，添加一个pair的vector，保存孩子的名和生日。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
class Families
{
public:
    using Child     = pair<string, string>;
    using Children  = vector<Child>;
    using Data      = map<string, Children>;
    void add(string const& last_name, string const& first_name, string birthday)
    {
        auto child = make_pair(first_name, birthday);
        _data[last_name].push_back(child);
    }
    void print() const
    {
        for (auto const& pair : _data)
        {
            cout << pair.first << ":\n" ;
            for (auto const& child : pair.second)
                cout << child.first << " " << child.second << endl;
            cout << endl;
        }
    }
private:
    Data _data;
};
int main()
{
    Families families;
    auto msg = "Please enter last name, first name and birthday:\n";
    for (string l, f, b; cout << msg, cin >> l >> f >> b; families.add(l, f, b));
    families.print();

    return 0;
}

测试：

Please enter last name, first name and birthday:
Bob Jack 95.02.08
Please enter last name, first name and birthday:
Bob Rose 02.08.25
Please enter last name, first name and birthday:
Chen Druk 99.05.20
Please enter last name, first name and birthday:
^Z
Bob:
Jack 95.02.08
Rose 02.08.25

Chen:
Druk 99.05.20

练习题11.15

对一个int到vector的map，其mapped_type、key_type和value_type分别是什么？

P381表11.3。对于map<int, vector> 类型，mapped_type是vector类型。key_type是int类型。value_type是pair<int, vector>类型

练习题11.16

使用一个map迭代器编写一个表达式，将一个值赋予一个元素。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    map<string, size_t> word;
    word["test"] = 10;
    map<string, size_t>::iterator map_it = word.begin();

    for(const auto &w:word)
        cout<<w.first<<" "<<w.second<<endl;
    //map_it->first = "train";//错误用法 const string不能修改
    map_it->second = 5;
    for(const auto &w:word)
        cout<<w.first<<" "<<w.second<<endl;
    return 0;
}

测试：

test 10
test 5

练习题11.17

假定c是一个string的multiset，v是一个string的vector，解释下面的调用。指出每个调用是否合法：

（a）copy(v.begin(), v.end(), inserter(c, c.end()));将v中的元素拷贝到c中，使用合法，可以使用inserter将关联容器当作一个目的位置。
（b）copy(v.begin(), v.end(), back_inserter(c)); 将v中的元素拷贝到c中，但不合法，因为multiset没有push_back方法，不能调用back_inserter
（c）copy(c.begin(), c.end(), inserter(v, v.end()));将c中的元素拷贝到v中，使用合法，vector可以使用inserter。
（d）copy(c.begin(), c.end(), back_inserter(v)); 将c中的元素拷贝到v中，使用合法，vector有push_back方法，可以使用back_inserte。

练习题11.18

写出382页循环中map_it的类型，不要使用auto或decltype。

为：map<string, size_t>::const_iterator map_it = word.cbegin();

练习题11.19

定义一个变量，通过11.2.2节中的名为bookstore的multiset调用begin()来初始化这个变量。写出变量的类型，不要使用auto或decltype。

using compareType = bool (*)(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs);
std::multiset<Sales_data, compareType> bookstore(compareIsbn);
std::multiset<Sales_data, compareType>::iterator c_it = bookstore.begin();

练习题11.20

重写11.1节练习的单词计数程序，使用insert代替下标操作。你认为哪个程序更容易编写和阅读？解释原因。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<string, size_t> counts;
    for(string word; cin >> word;)
    {
        auto result = counts.insert({ word, 1 });
        if(!result.second)
            ++result.first->second;
    }
    for(auto const& count : counts)
        cout << count.first << " " << count.second << ((count.second > 1) ? " times\n" : " time\n");
}

测试：

test
train
do
test
train
train
^Z
do 1 time
test 2 times
train 3 times

练习题11.21

假定word_count是一个string到size_t的map，word是一个string，解释下面循环的作用。

while (cin >> word)
    ++word_count.insert({ word, 0 }).first->second;

向word_count中插入元素，如果word已存在，则解引用first迭代器，取值的部分++。如果word不存在，则插入（word，0），载解引用first迭代器，取值的部分++。和上题计数类似。

练习题11.22

给定一个map<string, vector>, 对此容器的插入一个元素的insert版本，写出其参数类型和返回类型。

参数类型：pair<string, vector<int>>
返回值类型：pair<map<string,vector<int>>::iterator, bool>

练习题11.23

11.2.1节练习中的map以孩子的姓为关键字，保存他们的名的vector，用multimap重写此map。

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    multimap<string, string> families;
    for (string lname, cname; cin >> cname >> lname; families.emplace(lname, cname));
    for (auto const& family : families)
        cout << family.second << " " << family.first << endl;
}

测试：

Jack Rose
Jack Chen
Bob Bush
^Z
Bob Bush
Jack Chen
Jack Rose

练习题11.24

下面的程序完成什么功能？

map<int, int> m;
m[0] = 1;

在m中添加一个关键字0，将值“1”赋给它。

练习题11.25

对比下面程序与上一题程序

vector<int> v;
v[0] = 1;

将值“1” 放在vector v中的第一个位置（索引为0）。

练习题11.26

可以用什么类型来对一个map进行下标操作？下标运算符返回的类型是什么？请给出一个具体例子 – 即，定义一个map，然后写出一个可以用来对map进行下标操作的类型以及下标运算符会返回的类型。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <typeinfo>
using namespace std;
int main()
{
    map<int, string> m = { { 1,"test" },{ 2,"train" } };
    using KeyType = map<int, string>::key_type;
    cout << "map类型下标: " << typeid(KeyType).name() << endl;
    cout << "从map下标操作符返回: " << typeid(decltype(m[1])).name() << endl;

    return 0;
}

测试：

map类型下标: i
从map下标操作符返回: Ss

练习题11.27

对于什么问题你会使用count来解决？什么时候你又会选择find呢？

P389。

• 使用find：只关心一个特定的元素是否在容器中。
• 使用count：在允许重复关键字的容器中，如果要对某个特定的元素进行计数。

练习题11.28

对于一个string到int的vector的map，定义并初始化一个变量来保存在其上调用find所返回的结果。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    map<string, vector<int>> vmap { { "test",{ 1,2,3 } },{ "train",{ 4,5,6 } }};
    map<string, vector<int>>::iterator iter;
    iter = vmap.find("test");
    cout<<((iter != vmap.end() )? "find" : "not find");
    return 0;
}

测试：find

练习题11.29

如果给定的关键字不在容器中，upper_bound、lower_bound和equal_range分别会返回什么？

P390。
如果给定的关键字不在容器中， 则upper_bound和lower_bound都返回关键字的第一个安全插入点 – 不影响容器中元素顺序的插入位置。equal_range返回的两个迭代器都指向关键字可以插入的位置。

练习题11.30

对于本节最后一个程序中的输出表达式，解释运算对象pos.first->second的含义

pos.first->second意为给定关键字返回的第一个迭代器的value值。P391。

练习题11.31

编写程序，定义一个作者及其作品的multimap。使用find在multimap中查找一个元素并用erase删除它。确保你的程序在元素不在map中时也能正常运行。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    multimap<string, string> auth_map = {
        {"Andrew", "AI"},
        {"Joe", "science"},
        {"Andrew", "ML"},
        {"Angle", "design"},
        {"Andrew", "NN"}
    };

    string auth_name = "Andrew";
    string work = "NN";
    auto iter = auth_map.find(auth_name);
    auto count = auth_map.count(auth_name);

    while (count) {
        if (iter->second == work) {
            auth_map.erase(iter);
            break;
        }
        else {
            ++ iter;
            -- count ;
        }
    }
    for (auto i : auth_map) {
        cout << i.first << " " << i.second << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

Andrew AI
Andrew ML
Angle design
Joe science

练习题11.32

使用上一题定义的multimap编写一个程序，按字典序打印作者列表和他们的作品。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <set>
using namespace std;
int main()
{
    multimap<string, string> auth_map = {
        {"Andrew", "AI"},
        {"Joe", "science"},
        {"Andrew", "ML"},
        {"Angle", "design"},
        {"Andrew", "NN"}
    };
    map <string, multiset<string>> order_auth;
    for (auto& auth : auth_map) {
        order_auth[auth.first].insert(auth.second);
    }
    for (const auto &author : order_auth) {
        cout << author.first << ": ";
        for (const auto &work : author.second)
            cout << work << " ";
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

Andrew: AI ML NN
Angle: design
Joe: science

练习题11.33

实现你自己版本的单词转换程序。

#include <map>
#include <string>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace std;
map<string, string> buildMap(ifstream& map_file)
{
    map<string, string> trans_map;
    string key, value;

    while (map_file >> key && getline(map_file, value)) {
        if (value.size() > 1) {
            trans_map[key] = value.substr(1);           // 去掉value前的空格
        }
        else {
            throw runtime_error("no rules for " + key);
        }
    }
    return trans_map;
}

const string& transform(const string& s, const map<string, string>& m)
{
    auto map_iter = m.find(s);

    if (map_iter != m.end()) {
        return map_iter->second;
    }
    // if find the word in map, return the phrase. else return the origin word.
    else {
        return s;
    }
}

void wordTransform(ifstream& map_file, ifstream& input)
{
    auto trans_map = buildMap(map_file);
    string text;

    while (getline(input, text)) {
        istringstream stream(text);
        string word;
        bool first_word = true;

        while (stream >> word) {
            if (first_word) {
                first_word = false;
            }
            else {
                cout << " ";
            }
            cout << transform(word, trans_map);
        }
        cout << endl;
    }
}
int main()
{
    string transform_file = "transform_file.txt";
    string input_file = "input_file.txt";
    ifstream trans(transform_file);
    ifstream input (input_file);

    if (trans && input) {
        wordTransform (trans, input);
    }
    else {
        cout << "open file error!" << endl;
    }
    return 0;
}

测试：

whrere are you
why dont you send me a picture
okay? thanks! later

练习题11.34

如果你将transform函数中的find替换为下标运算符，会发生什么情况

若使用下标运算符，如果转换map中要查找的key不存在，则会直接插入一条新的数据，value为空。

练习题11.35

在buildMap中，如果进行如下改写，会有什么效果？
trans_map[key] = value.substr(1);
改为trans_map.insert({key, value.substr(1)})

如果转换文件中有重复key，若使用下标进行插入，则value是最后文件中key对应的最后一个短语。而如果使用insert，则key对应的是第一个短语。

练习题11.36

我们的程序并没有检查输入文件的合法性，特别是，它假定转换规则文件中的规则都是有意义的。如果文件中的某一行包含一个关键字、一个空格，然后就结束了，会发生什么？预测程序的行为并进行验证，再与你的程序进行比较。

报错：

terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'    
what():  no rules for brb   

练习题11.37

一个无序容器与其有序版本相比有何优势？有序版本有何优势？

P394。
有序容器的特点：

• 以顺序遍历元素，顺序可规定，默认情况下使用"<"进行排序。
• 主要使用排序vector，二叉搜索树实现。
• 查找元素操作的时间复杂度为O(logn)。
• 插入、移动元素操作的时间复杂度更低，最大为O(logn)。

无序容器的特点：

• 遍历元素没有特定的顺序。
• 如果hash策略良好，则搜索、插入、移动操作的时间复杂度都是常数。
• 主要使用哈希实现。

练习题11.38

用unordered_map重写单词计数程序和单词转换程序。

#include <unordered_map>
#include <set>
#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <sstream>

using namespace std;

void wordCounting()
{
    unordered_map<string, size_t> word_count;
    for (string word; cin >> word; ++word_count[word]);
    for (const auto &w : word_count)
        cout << w.first << " occurs " << w.second << (w.second > 1 ? "times" : "time") << endl;
}

void wordTransformation()
{
    ifstream ifs_map("transform_file.txt"), ifs_content("input_file.txt");
    if (!ifs_map || !ifs_content) {
        cerr << "can't find the documents." << endl;
        return;
    }

    unordered_map<string, string> trans_map;
    for (string key, value; ifs_map >> key && getline(ifs_map, value); )
        if (value.size() > 1) trans_map[key] = value.substr(1).substr(0, value.find_last_not_of(' '));

    for (string text, word; getline(ifs_content, text); cout << endl)
        for (istringstream iss(text); iss >> word; ) {
            auto map_it = trans_map.find(word);
            cout << (map_it == trans_map.cend() ? word : map_it->second) << " ";
        }
}

int main()
{
    //wordCounting();
    wordTransformation();
}