C++-map和set

本期我们来学习map和set

目录

关联式容器

键值对 

pair

树形结构的关联式容器

set

multiset

map

multimap

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关联式容器

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

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：

pair

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)
{}
};

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。 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。

set

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。

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： $log_2 n$

7. set 中的元素不允许修改 ( 为什么 ?)

8. set 中的底层使用二叉搜索树 ( 红黑树 ) 来实现

 我们发现，set的模板参数比我们之前学的多了一个compare，这是仿函数，支持key比较大小的

我们来看它的构造，有拷贝构造，默认构造以及迭代器区间初始化

set的迭代器是双向迭代器

这里的key_type和value_type都是T，这里我们后面会讲

下面我们简单使用一下

使用没什么问题，我们在这里还发现一个问题，它的输出结果是有序的，因为它走的是中序遍历

而且还会去重，去重的原理是如果一个值已经有了，那就不插入

也可以使用范围for遍历

erase支持迭代器位置，值已经迭代器区间

我们根据情况选择即可

如果直接删除值，值不存在没什么问题，但如果用find先查找的话，这里就会报错，因为pos不存在

我们再看看这两个find有什么区别，一个是set自己的find，另一个是算法库里的 

set自己的find最多查找高度次，时间复杂度是O(longN)，而算法库的find是暴力查找，是O(N)，所以我们最好不要用库里面的

还有一个count，这个set这里基本用不到

和find差不多，我们传一个元素，如果在返回1，不在就返回0

find是返回迭代器，而count是返回1或者0 

还有这三个函数，是寻找边界的特殊情况用的，我们来看看例子就明白了

 比如我们查找30和60，itlow得到的就是30，而itup是比60大的，因为迭代器区间是左闭右开，这样就可以和迭代器适配，可以保证30到60之间删除（包括60）

 如果我们找35，得到的是40，lower_bound查找的是>=的值，upper_bound是>

 equal_range也是一样，会查找一个左闭右开的区间

multiset

我们再看这个容器，它用起来和set是一样的 

它和set的区别就是它允许有重复 

如果我们要删除所有的5，我们上面的equal_range就是这样使用的 ，count也是在这里使用，这里可以算出有多少个5，我们可以认为这两个接口就是专门为multiset设计的，set有这两个接口只是为了保持接口一致罢了

当有重复值时，find返回的是中序的第一个

equal_range返回的是>=，如果给的值不存在，返回的就是不存在的区间

map

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;

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 )) 。

map这里也有三个type，下面我们简单使用一下

我们先看insert 

 map是kv模型，所以使用起来非常麻烦，那么可不可以像我们以前那样直接传呢？答案是可以的

原因是有make_pair

就像这样，这里就是map的插入 

当然还可以更简洁一点，直接用{ }括起来，这是因为C++11支持多参数的构造函数隐式类型转换，也就是说这种写法在C++98是不能用的

接着我们来遍历，但是按照我们之前写的遍历，这里就出错了，原因是pair不支持流插入和流提取

 

那为什么这里不像我们写的那样直接用key和value，而要使用一个pair？

原因是operator*返回的话不方便，如果直接使用，C++是不支持返回两个值的，所以设计了一个pair结构

所以得这样写

 如果觉得上面的写法麻烦还可以用->

大概就是这样 

我们之前也说过，如果不是编译器优化，这里是要有两个箭头的 ，第一个是运算符重载，第二个是访问

也可以用范围for

first是不允许修改的，second可以修改 

如果key相同，value不同，是不能插入了，key相同时不插入，不覆盖 ，也就是插入过程中只比较key，value无所谓

erase也是一样，只看key在不在

 

下面我们来看看[ ] 

我们来看这个统计次数，我们以后就可以直接用map

 

而且代码可以优化，我们可以使用 [ ]  

map的[ ] 不是常规的，而是给key，返回对应的value

后面的++我们懂，但是水果第一次出现是怎么回事呢？

 它返回了这么个东西，借助了insert的返回值

 我们可以看到insert的返回值是一个pair

 大致翻译一下：这里返回一个pair，这个pair的first被设置为迭代器，要么指向新插入的元素，要么指向和key相等的元素，second被设计为true，如果key在里面返回false

也就是说，key已经在树里面，返回pair<树里面key所在节点的iterator,false>，如果key不在树里面，返回pair<新插入key所在节点的iterator，true>

如果我们自己设计就是这样，ret里除了key，另一个是匿名对象，根据value的变化而变化，如果key不在树里面， 那就插入成功，如果value是int那就是0，如果是string就是空的string，如果插入失败，也没有影响，因为insert只看key，而return时，first是迭代器，有了迭代器我们就可以取到second

 我们结合起来理解一下，水果第一次出现时，insert，key是水果，value是int，int的匿名对象缺省值是0，然后返回这个次数，++一下就变成了1，如果有的话，那就插入失败，再返回次数，++次数就可以计数了

我们来一步一步看这个

 我们经过dict["sort"]时是不影响的

这里是可以读的，也就是说，这里是查找+读

 经过dict["map"]时，监视窗口多了一个map，value是空的，和我们前面看到的一样，[ ] 的本质是insert

接着我们修改了value（空的value）

 这次我们修改了insert的value

最后一个就是插入+修改了（修改空的value）

 [ ] 的功能非常多，我们用的时候也就要小心一点

multimap

这个也没啥好说的，对于map就和multiset对于set似的，就是可以有重复的key

不同的地方在于multimap没有提供operator[ ]，所以insert也不一样了，不提供pair了，插入永远成功，其他功能一样

以上即为本期全部内容，希望大家可以有所收获

如有错误，还请指正