《C++Primer》第十章-关联容器-学习笔记(1)
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1，2020-03-15 笔者提交文章的初版V1.0
作者按：
最近在学习C++ primer，初步打算把所学的记录下来。
传送门/推广
《C++Primer》第二章-变量和基本类型-学习笔记(1)
《C++Primer》第三章-标准库类型-学习笔记(1)
《C++Primer》第八章-标准 IO 库-学习笔记(1)
《C++Primer》第十二章-类-学习笔记(1)
set 类型
map 容器是键－值对的集合，好比以人名为键的地址和电话号码。相反地，set 容器只是单纯的键的集合。例如，某公司可能定义了一个名为 bad_checks的 set 容器，用于记录曾经给本公司发空头支票的客户。当只想知道一个值是否存在时，使用 set 容器是最适合的。例如，在接收一张支票前，该公司可能想查询 bad_checks 对象，看看该客户的名字是否存在。
除了两种例外情况，set 容器支持大部分的 map 操作，包括下面几种：
•之前列出的所有通用的容器操作。
• 表 10.3 描述的构造函数。
• 表 10.5 描述的 insert 操作。
• 表 10.6 描述的 count 和 find 操作。
• 表 10.7 描述的 erase 操作。
两种例外包括：set 不支持下标操作符，而且没有定义 mapped_type 类型。在 set 容器中，value_type 不是 pair 类型，而是与 key_type 相同的类型。它们指的都是 set 中存储的元素类型。这一差别也体现了 set 存储的元素仅仅是键，而没有所关联的值。与 map 一样，set 容器存储的键也必须唯一，而且不能修改。//和数学上的集合定义一样
set 容器的定义和使用
为了使用 set 容器，必须包含 set 头文件。set 支持的操作基本上与 map提供的相同。
与 map 容器一样，set 容器的每个键都只能对应一个元素。以一段范围的元素初始化 set 对象，或在 set 对象中插入一组元素时，对于每个键，事实上都只添加了一个元素：
// define a vector with 20 elements, holding two copies of each number from 0 to 9
vector<int> ivec;
for (vector<int>::size_type i = 0; i != 10; ++i) {
ivec.push_back(i);
ivec.push_back(i); // duplicate copies of each number
}
// iset holds unique elements from ivec
set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end()); //复制
cout << ivec.size() << endl; // prints 20
cout << iset.size() << endl; // prints 10 无重复的
首先创建了一个名为 ivec 的 int 型 vector 容器，存储 20 个元素：0-9（包括 9）中每个整数都出现了两次。然后用 ivec 中所有的元素初始化一个int 型的 set 容器。则这个 set 容器仅有 10 个元素：ivec 中不相同的各个元素。
在 set 中添加元素
可使用 insert 操作在 set 中添加元素：
set<string> set1; // empty set
set1.insert("the"); // set1 now has one element
set1.insert("and"); // set1 now has two elements
另一种用法是，调用 insert 函数时，提供一对迭代器实参，插入其标记范围内所有的元素。该版本的 insert 函数类似于形参为一对迭代器的构造函数——对于一个键，仅插入一个元素：
set<int> iset2; // empty set
iset2.insert(ivec.begin(), ivec.end()); // iset2 has 10 elements
与 map 容器的操作一样，带有一个键参数的 insert 版本返回 pair 类型对象，包含一个迭代器和一个 bool 值，迭代器指向拥有该键的元素，而 bool 值表明是否添加了元素。使用迭代器对的 insert 版本返回 void 类型。
从 set 中获取元素
set 容器不提供下标操作符。为了通过键从 set 中获取元素，可使用find运算。如果只需简单地判断某个元素是否存在，同样可以使用 count 运算，返回 set 中该键对应的元素个数。当然，对于 set 容器，count 的返回值只能是1（该元素存在）或 0（该元素不存在）：
iset.find(1) // returns iterator that refers to the element with key == 1
iset.find(11) // returns iterator == iset.end()
iset.count(1) // returns 1
iset.count(11) // returns 0
正如不能修改 map 中元素的键部分一样，set 中的键也为 const。在获得指向 set 中某元素的迭代器后，只能对其做读操作，而不能做写操作：
// set_it refers to the element with key == 1
set<int>::iterator set_it = iset.find(1);
*set_it = 11; // error: keys in a set are read-only 不能写set中的元素
cout << *set_it << endl; // ok: can read the key
创建“单词排除”集
第 10.3.7 节的程序从 map 对象 word_count 中删除一个指定的单词。可将这个操作扩展为删除指定文件中所有的单词（即该文件记录的是排除集）。也即，我们的单词统计程序只对那些不在排除集中的单词进行统计。使用 set 和map 容器，可以简单而直接地实现该功能：
void restricted_wc(ifstream &remove_file,map<string, int> &word_count)
{
set<string> excluded; // set to hold words we'll ignore string remove_word;
while (remove_file >> remove_word)
excluded.insert(remove_word); //输入要排除的单词列表到set集合中
// read input and keep a count for words that aren't in the exclusion setstring word;
while (cin >> word)
// increment counter only if the word is not in excluded
if (!excluded.count(word)) //排除集内的单词不计入
++word_count[word]; //map容器计数
}
这个程序类似第 10.3.4 节的单词统计程序。其差别在于不需要费力地统计常见的单词。
该函数首先读取传递进来的文件，该文件列出了所有被排除的单词。读入这些单词并存储在一个名为 excluded 的 set 容器中。第一个 while 循环完成捍，该 set 对象包含了输入文件中的所有单词。
接下来的程序类似原来的单词统计程序。关键的区别在于：在统计每个单词之前，先检查该单词是否出现在排除集中。第二个 while 循环里的 if 语句实现了该功能：
// increment counter only if the word is not in excluded
if (!excluded.count(word))
如果该单词出现在排除集 excluded 中，则调用 count 将返回 1，否则返回 0。对 count 的返回值做“非”运算，则当该 word 不在 excluded 中时，条件测试成功，此时修改该单词在 map 中对应的值。与单词统计程序原来的版本一样，需要使用下标操作符的性质：如果某键尚未在map 容器中出现，则将该元素插入容器。所以下面的语句的效果是：如果 word 还没出现过，则将它插入到 word_count 中，并在插入元素后，将它关联的值初始化为 0。然后不管是否插入了新元素，相应元素的值都加 1。
++word_count[word];
multimap 和 multiset 类型
map 和 set 容器中，一个键只能对应一个实例。而 multiset 和 multimap类型则允许一个键对应多个实例。 例如，在电话簿中，每个人可能有单独的电话号码列表（一个人多个电话）。在作者的文章集中，每位作者可能有单独的文章标题列表（一个作者多篇文章）。multimap和 multiset 类型与相应的单元素版本具有相同的头文件定义：分别是 map 和set 头文件。
multimap 和 multiset 所支持的操作分别与 map 和 set 的操作相同，只有一个例外：multimap 不支持下标运算。 不能对 multimap 对象使用下标操作，因为在这类容器中，某个键可能对应多个值。为了顺应一个键可以对应多个值这一性质，map 和 multimap，或 set 和 multiset 中相同的操作都以不同的方式做出了一定的修改。在使用 multimap 或 multiset 时，对于某个键，必须做好处理多个值的准备，而非只有单一的值。
元素的添加和删除
表 10.5 描述的 insert 操作和表 10.7 描述的 erase 操作同样适用于multimap 以及 multiset 容器，实现元素的添加和删除。
由于键不要求是唯一的，因此每次调用 insert 总会添加一个元素。例如，可如下定义一个 multimap 容器对象将作者映射到他们所写的书的书名上。这样的映射可为一个作者存储多个条目：
// adds first element with key Barth
authors.insert(make_pair(string("Barth, John"),string("Sot-Weed Factor")));
// ok: adds second element with key Barth
authors.insert(make_pair(string("Barth, John"),string("Lost in the Funhouse")));
带有一个键参数的 erase 版本将删除拥有该键的所有元素，并返回删除元素的个数。而带有一个或一对迭代器参数的版本只删除指定的元素，并返回 void类型：
multimap<string, string> authors;
string search_item("Kazuo Ishiguro");
// erase all elements with this key; returns number of elements removed
multimap<string, string>::size_type cnt = authors.erase(search_item);
//带有一个键参数的 erase 版本将删除拥有该键的所有元素，并返回删除元素的个数
在 multimap 和 multiset 中查找元素
注意到，关联容器 map 和 set 的元素是按顺序存储的。而 multimap 和multset 也一样。因此，在 multimap 和 multiset 容器中，如果某个键对应多个实例，则这些实例在容器中将相邻存放。
迭代遍历 multimap 或 multiset 容器时，可保证依次返回特定键所关联的所有元素。
在 map 或 set 容器中查找一个元素很简单——该元素要么在要么不在容器中。但对于 multimap 或 multiset，该过程就复杂多了：某键对应的元素可能出现多次。例如，假设有作者与书名的映射，我们可能希望找到并输出某个作者写的所有书的书名。
事实证明，上述问题可用三种策略解决。而且三种策略都基于一个事实——在 multimap 中，同一个键所关联的元素必然相邻存放。
首先介绍第一种策略：仅使用前面介绍过的函数。但这种方法要编写比较多的代码，所以我们将继续探索更简洁的方法。
使用 find 和 count 操作
使用 find 和 count 可有效地解决刚才的问题(用count统计次数，用find找到迭代器)。count 函数求出某键出现的次数，而 find 操作则返回一个迭代器，指向第一个拥有正在查找的键的实例：
// author we'll look for
string search_item("Alain de Botton");
// how many entries are there for this author
typedef multimap<string, string>::size_type sz_type;
sz_type entries = authors.count(search_item);
// get iterator to the first entry for this author
multimap<string,string>::iterator iter =authors.find(search_item);
// find 操作则返回一个迭代器，指向第一个拥有正在查找的键的实例
// loop through the number of entries there are for this author
for (sz_type cnt = 0; cnt != entries; ++cnt, ++iter)
cout <<iter->second << endl; // print each title
首先，调用 count 确定某作者所写的书籍数目，然后调用 find 获得指向第一个该键所关联的元素的迭代器。for 循环迭代的次数依赖于 count 返回的值。在特殊情况下，如果 count 返回 0 值，则该循环永不执行。
与众不同的面向迭代器的解决方案
另一个更优雅简洁的方法是使用两个未曾见过的关联容器的操作：lower_bound和upper_bound。(翻译就是下界和上界)表 10.8 列出的这些操作适用于所有的关联容器，也可用于普通的 map 和 set 容器，但更常用于 ultimap 和 multiset。所有这些操作都需要传递一个键，并返回一个迭代器。
表 10.8. 返回迭代器的关联容器操作：
| 关联容器操作 | 作用 |
|---|---|
| m.lower_bound(k) | 返回一个迭代器，指向键不小于 k 的第一个元素（大于或等于k） |
| m.upper_bound(k) | 返回一个迭代器，指向键大于 k 的第一个元素 |
| m.equal_range(k) | 返回一个迭代器的 pair 对象。它的 first 成员等价于 m.lower_bound(k)。而 second 成员则等价于 m.upper_bound(k) |
在同一个键上调用 lower_bound 和 upper_bound，将产生一个迭代器范围（第 9.2.1 节），指示出该键所关联的所有元素。如果该键在容器中存在，则会获得两个不同的迭代器：lower_bound 返回的迭代器指向该键关联的第一个实例，而 upper_bound 返回的迭代器则指向最后一个实例的下一位置。如果该键不在 multimap 中，这两个操作将返回同一个迭代器，指向依据元素的排列顺序该键应该插入的位置。
当然，这些操作返回的也可能是容器自身的超出末端迭代器。如果所查找的元素拥有 multimap 容器中最大的键，那么的该键上调用 upper_bound 将返回超出末端迭代器。如果所查找的键不存在，而且比 multimap 容器中所有的键都大，则 low_bound 也将返回超出末端迭代器。
lower_bound 返回的迭代器不一定指向拥有特定键的元素。如果该键不在容器中，则 lower_bound 返回在保持容器元素顺序的前提下该键应被插入的第一个位置。
使用这些操作，可如下重写程序：
// definitions of authors and search_item as above
// beg and end denote range of elements for this author
typedef multimap<string, string>::iterator authors_it; //作者的迭代器
authors_it beg = authors.lower_bound(search_item),end = authors.upper_bound(search_item); //找出作者的迭代器，第一个和指向最后一个实例的下一个位置。
// loop through the number of entries there are for this author
while (beg != end) {
cout << beg->second << endl; // print each title
++beg;
}
这个程序实现的功能与前面使用 count 和 find 的程序相同，但任务的实现更直接。调用 lower_bound 定位 beg 迭代器，如果键 search_item 在容器中存在，则使 beg 指向第一个与之匹配的元素。如果容器中没有这样的元素，那么 beg 将指向第一个键比 search_item 大的元素。调用 upper_bound 设置end 迭代器，使之指向拥有该键的最后一个元素的下一位置。
这两个操作不会说明键是否存在，其关键之处在于返回值给出了迭代器范围。
若该键没有关联的元素，则 lower_bound 和 upper_bound 返回相同的迭代器：都指向同一个元素或同时指向 multimap 的超出末端位置。它们都指向在保持容器元素顺序的前提下该键应被插入的位置。
如果该键所关联的元素存在，那么 beg 将指向满足条件的元素中的第一个。
可对 beg 做自增运算遍历拥有该键的所有元素。当迭代器累加至 end 标志时，表示已遍历了所有这些元素。当 beg 等于 end 时，表示已访问所有与该键关联的元素。
假设这些迭代器标记某个范围，可使用同样的 while 循环遍历该范围。该循环执行 0 次或多次，输出指定作者所写的所有书的书名（如果有的话）。如果没有相关的元素，那么 beg 和 end 相等，循环永不执行。否则，不断累加 beg将最终到达 end，在这个过程中可输出该作者所关联的记录。
enual_range 函数
事实上，解决上述问题更直接的方法是：调用equal_range 函数来取代调用 upper_bound 和 lower_bound 函数。equal_range 函数返回存储一对迭代器的 pair 对象。如果该值存在，则 pair 对象中的第一个迭代器指向该键关联的第一个实例，第二个迭代器指向该键关联的最后一个实例的下一位置。如果找不到匹配的元素，则 pair 对象中的两个迭代器都将指向此键应该插入的位置。
使用 equal_range 函数再次修改程序：
// definitions of authors and search_item as above
// pos holds iterators that denote range of elements for this key
pair<authors_it, authors_it> pos = authors.equal_range(search_item);
// loop through the number of entries there are for this author
while (pos.first != pos.second) {
cout << pos.first->second << endl; // print each title
++pos.first;
}
这个程序段与前面使用 upper_bound 和 lower_bound 的程序基本上是相同的。本程序不用局部变量 beg 和 end 来记录迭代器范围，而是直接使用equal_range 返回的 pair 对象。该 pair 对象的 first 成员存储lower_bound 函数返回的迭代器，而 second 成员则记录 upper_bound 函数返回的迭代器。因此，本程序的 pos.first 等价于前一方法中的 beg，而 pos.second 等价于end。
小结
关联容器的元素按键排序和访问。关联容器支持通过键高效地查找和读取元素。键的使用，使关联容器区别于顺序容器，顺序容器的元素是根据位置访问的。
map 和 multimap 类型存储的元素是键－值对。它们使用在utility 头文件中定义的标准库 pair 类，来表示这些键－值对元素。对 map 或 multimap 迭代器进行解引用将获得 pair 类型的值。pair 对象的 first 成员是一个 const键，而 second 成员则是该键所关联的值。set 和 multiset 类型则专门用于存储键。在 map 和 set 类型中，一个键只能关联一个元素。而 multimap 和multiset 类型则允许多个元素拥有相同的键。
关联容器共享了顺序容器的许多操作。除此之外，关联容器还定义一些新操作，并对某些顺序容器同样提供的操作重新定义了其含义或返回类型，这些操作的差别体现了关联容器中键的使用。
关联容器的元素可用迭代器访问。标准库保证迭代器按照键的次序访问元素。begin 操作将获得拥有最小键的元素，对此迭代器作自增运算则可以按非降序依次访问各个元素。
