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C++map容器关联式容器

C++map

1. 关联式容器

vector、list、deque、forward_list(C++11)等STL容器,其底层为线性序列的数据结构,里面存储的是元素本身,这样的容器被统称为序列式容器。而map、set是一种关联式容器,关联式容器也是用来存储数据的,与序列式容器不同的是,关联式容器里面存储的是<key, value>结构的键值对,在数据检索时比序列式容器效率更高。map和set的键是唯一的,但是mutimap和multiset支持多个同名且有不同映射的键共存。

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:学生的姓名和他的学号是一一对应的,那么就可以通过查找学生的姓名来查找到对应的学号。map容器是Key Value结构,允许修改value,且允许多个相同的value存在。但map不允许存在相同的key(multimap除外),且key不可修改(因为会破坏内部的红黑树结构)。

3. map容器

在这里插入图片描述

形参含义:

key:键值对应key的类型
T:键值对应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(内置类型元索)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

4. map的成员变量

map中键是不允许被修改的(因为修改键会破坏搜索二叉树的结构),但是映射可以被修改。map在value_type中使用了pair来保护键。map实例化的格式,实际上是调用了pair模板的显式实例化。

pair:

在这里插入图片描述

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){}
};

5. map的成员函数

5.1 map的成员函数介绍

map的构造:

函数声明功能介绍
map<K,V>m()构造一个空的map

map的迭代器:

函数声明功能介绍
begin()end()begin:首元素的位置;end:下一个元素的位置
cbegin()cend()c指const,cbegin和cend指向的内容不能修改
rbegin()rend()反向迭代器,rbegin从end开始,rend从begin开始,其++和–的方向相反
crbegin()crend()与前一个功能相同,但指向的内容不能修改

map的容量与元素访问:

函数名函数声明功能介绍
emptybool empty() const检测map中的元素是否为空,为空返回ture,不为空返回false
sizesize_type size() const返回map中有效元素的个数
operator[]mapped type& operator[] (const key_type& k返回key对应的value
atmapped_type& at (const key_type& k);const mapped_type& at (const key_type& k) const;返回key对应的value

注意:

在元素访问时,at()(该函数不常用)函数,于operator[]功能相同但有一点区别: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。

map的修改:

函数名函数声明功能介绍
insertpair<iterator,bool> insert (const value_type& val)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代表插入成功
erasevoid erase (iterator position)删除position位置上的元素
size_type erase (const key_type& k)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
swapvoid swap (map& x)交换两个map中的元素
clearvoid clear()删除map里所有的元素

map的比较:

函数名函数声明功能介绍
key_comp
value_comp

map的操作:

函数名函数声明功能介绍
finditerator find (const key_type& k)搜索map里键等于k的元素,如果找到返回一个映射的迭代器,找不到返回end的迭代器
countsize_type count (const key_type& k) const搜索map里键等于k的元素,找到返回1,找不到返回0
lower_bounditerator lower_bound (const key_type& k)在map里找>=k的元素,返回符合情况的最小键的迭代器
upper_bounditerator upper_bound (const key_type& k)在map里找>k的元素,返回符合情况的最小键的迭代器
equal_rangepair<iterator,iterator>equal_range (const key_type& k)

5.2 insert

insert的返回值是一个pair类模板,而它的参数val也有一个pair类模板。**insert使用pair类模板使得它同时具有插入和搜索的功能。**bool值用来判断map中需要插入的值是否已经存在,iterator是指向val值的迭代器。

在这里插入图片描述

insert的返回值:

如果insert搜索的val值存在,bool值就为false(判断插入失败),iterator会指向map中已经存在的val值;如果insert搜索的val值不存在,bool值就为true(判断插入成功),iterator会指向新插入的val值。

使用insert进行搜索:

由于insert使用pair类模板,所以它也有搜索的功能:

#include<iostream>
#include<map>
#include<string.h>
using namespace std;int main()
{string arr[] = { "张三","李四","王五","张三","张三","李四","张三","李四","王五","张三" };map<string, int> countmap;for (auto& e : arr)//传引用是为了拷贝临时变量浪费资源{pair<map<string, int>::iterator, bool>ret = countmap.insert(make_pair(e, 1));if (ret.second == false){ret.first->second++;}}for (auto& i : countmap){cout << i.first << ":" << i.second << endl;}return 0;
}

在这里插入图片描述

5.3 operator[]

map的operator[]是借助inert来实现的:

在这里插入图片描述

因此map的operator[]同时具有插入、查找和修改的功能:

#include<iostream>
#include<map>
#include<string.h>
using namespace std;int main()
{map<string, string> m;m.insert(make_pair("first", "first"));m.insert(make_pair("second", "second"));cout << "before:" << endl;for (auto& i : m){cout << i.first << " : " << i.second << endl;}m["third"];//插入printf("\n");cout << m["first"] << endl;//查找m["first"] = "x";//修改m["fourth"] = "xxxx";//插入+修改printf("\n");cout << "after:" << endl;for (auto& i : m){cout << i.first << " : " << i.second << endl;}return 0;
}

6. map的特点

stl里的map和set用的是同一颗红黑树来实现的。

set:

在这里插入图片描述

注意:Rb_tree里有一个key_type和一个value_type,但set应该是key和key的映射关系,所以在成员变量里,stl把key_type和value_type都定义了为_key

map:

在这里插入图片描述

而在stl的map里,value_type则定义了一个pair,这样做的目的就是为了复用同一颗红黑树

所以从set和map的底层来看,它们的实现方法分别是:

set<K.>->rb_tree<K, K>

map<K, V>->rb_tree<K ,pair<const K, V>>

这种写法实际上是由stl_tree.h文件中的val模板决定你是key的set,还是key/value的map:

在这里插入图片描述

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