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关联式容器
键值对
set
set的概念
set的构造函数
set的使用
map
map的概念
map的构造函数
map的使用
multiset
multimap
关联式容器
C++标准库提供了多种容器，用于高效管理和操作数据集合。这些容器可分为以下几类：
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顺序容器（Sequence Containers）
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关联容器（Associative Containers）
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容器适配器（Container Adapters）
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其他类容器类型
顺序容器：核心是元素的线性存储，支持随机或顺序访问
| 容器分类 | 容器类 | C++标准 | 描述 |
|---|---|---|---|
| 顺序容器 | vector | C++98 | 动态数组，支持快速随机访问，尾部操作高效。 |
list | C++98 | 双向链表，任意位置插入/删除高效，不支持随机访问。 | |
deque | C++98 | 双端队列，头尾插入/删除高效，支持随机访问。 | |
array | C++11 | 固定大小数组，安全性优于内置数组，编译时确定大小。 | |
forward_list | C++11 | 单向链表，节省内存，仅支持单向遍历。 |
关联容器：基于键（Key）组织数据，有序容器（红黑树）与无序容器（哈希表）区分明显。
| 有序关联容器 | set | C++98 | 唯一键集合，基于红黑树，自动排序。 |
map | C++98 | 键值对集合（键唯一），基于红黑树，按键排序。 | |
multiset | C++98 | 允许重复键的集合，基于红黑树。 | |
multimap | C++98 | 允许重复键的键值对集合，基于红黑树。 | |
| 无序关联容器 | unordered_set | C++11 | 唯一键哈希集合，基于哈希表，元素无序。 |
unordered_map | C++11 | 键值对哈希表（键唯一），基于哈希表。 | |
unordered_multiset | C++11 | 允许重复键的哈希集合。 | |
unordered_multimap | C++11 | 允许重复键的键值对哈希表。 |
容器适配器：通过限制接口实现特定数据结构（如栈、队列、堆），底层依赖其他容器。
| 适配器 | stack | C++98 | 后进先出（LIFO）结构，默认基于std::deque实现。 |
queue | C++98 | 先进先出（FIFO）结构，默认基于std::deque实现。 | |
priority_queue | C++98 | 优先级队列（最大堆），默认基于std::vector实现。 |
其他类容器类型：如std::string和std::bitset，虽不是严格意义上的通用容器，但提供类似容器的操作。
| 其他类容器类型 | string | C++98 | 字符串类，支持类似vector的操作。 |
bitset | C++98 | 固定大小的位集合，用于位操作。 | |
valarray | C++98 | 数值计算专用数组，支持向量化操作。 | |
span | C++20 | 非拥有视图，提供对连续内存的轻量访问（如数组、vector等）。 |
键值对
键值对（Key-Value Pair） 是一种核心数据结构，用于将唯一的键（Key） 与对应的值（Value） 关联，常用于快速查找、映射或配置管理。
-
键（Key）：唯一标识符，用于快速定位值（不可重复，除非使用
multimap）。 -
值（Value）：与键关联的数据，可以是任意类型（基本类型、对象、容器等）。
键值对类型 std::pair
-
定义：
std::pair<KeyType, ValueType>是标准库中表示键值对的模板类。 -
访问成员：通过
first（键）和second（值）访问。
pair<string, int> p("hello", 1);
cout << p.first << p.second << endl;
// hello1set
set的概念
set 是一个有序关联容器，存储唯一键（Key），键本身即为其值（没有额外的Value）。
元素按键的严格弱序规则（默认升序）自动排序，不允许重复键。
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 唯一性 | 所有元素唯一，插入重复值会被忽略（通过返回值可判断是否插入成功）。 |
| 自动排序 | 元素按键值自动排序（默认升序，可自定义排序规则）。 |
| 不可修改键 | 元素（键）在容器中不可直接修改，需先删除旧值再插入新值。 |
| 高效查找 | 支持 O(log n) 复杂度的查找（find()、count() 等操作）。 |
| 稳定迭代器 | 插入或删除操作不会使其他元素的迭代器失效（除非指向被删除元素）。 |
- set在底层是用平衡搜索树（红黑树）实现的，所以在set当中查找某个元素的时间复杂度为 logN
- set中的元素不能被修改，因为set在底层是用平衡搜索树（红黑树）来实现的，若是对平衡搜索树（红黑树）当中某个结点的值进行了修改，那么这棵树将不再是平衡搜索树（红黑树）
set的构造函数
1、默认构造函数：创建一个空的集合，可以指定自定义的比较器（Comparator）和分配器（Allocator）。
explicit set(const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());set<int> s1; // 默认升序排序的空集合// 自定义降序排序的比较器
struct CompareDesc
{bool operator()(int a, int b) const { return a > b; }
};
set<int, CompareDesc> s2; // 降序排列的空集合2、范围构造函数：通过迭代器范围 [first, last) 初始化集合，元素会被自动去重并排序。
template <class InputIterator>
set(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());vector<int> vec = {5, 2, 2, 3, 5};
// 从 vector 的迭代器范围构造，自动去重并升序排序
std::set<int> s(vec.begin(), vec.end()); // s = {2, 3, 5}3、拷贝构造函数：创建一个新集合，复制另一个集合的所有元素。
set(const set& other);set<int> s_original = {1, 2, 3};
set<int> s_copy(s_original); // 深拷贝，s_copy = {1, 2, 3}4、初始化列表构造函数（C++11 起）：通过初始化列表（Initializer List）直接初始化集合。
set(std::initializer_list<value_type> init, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());set<int> s = {3, 1, 2, 2}; // 自动去重并排序为 {1, 2, 3}
set的使用
| 成员函数 | 功能 |
|---|---|
| insert | 插入指定元素 |
| erase | 删除指定元素 |
| find | 查找指定元素 |
| size | 获取容器中元素的个数 |
| empty | 判断容器是否为空 |
| clear | 清空容器 |
| swap | 交换两个容器中的数据 |
| count | 获取容器中指定元素值的元素个数 |
示例：
#include <iostream>
#include <set>
#include <vector>
#include <algorithm> // 集合运算所需头文件
using namespace std;// 自定义比较器（按字符串长度排序）
struct LengthCompare
{bool operator()(const string& a, const string& b) const {return a.size() < b.size();}
};int main()
{// ------------------------ 1. 初始化与插入 ------------------------set<int> s1 = {3, 1, 2, 2}; // 去重排序: {1, 2, 3}s1.insert(5); // 插入5s1.emplace(4); // 原地构造插入4// ------------------------ 2. 删除与清空 ------------------------s1.erase(3); // 删除元素3auto it = s1.find(1);if (it != s1.end()) s1.erase(it); // 通过迭代器删除// s1.clear(); // 清空集合// ------------------------ 3. 遍历与查找 ------------------------cout << "s1: ";for (int val : s1) { // C++11 范围for遍历cout << val << " "; // 输出: 2 4 5}cout << endl;// 查找示例if (s1.count(4)) {cout << "4 exists in s1" << endl;}// ------------------------ 4. 自定义排序 ------------------------set<string, LengthCompare> s3 = {"apple", "banana", "cat"};// 按长度排序: "cat", "apple", "banana"cout << "s3: ";for (const auto& str : s3) {cout << str << " ";}cout << endl;return 0;
}map
map的概念
-
定义：
map是一个有序关联容器，存储键值对（Key-Value Pair），其中键（Key）唯一，元素按键的严格弱序规则（默认升序）自动排序。
每个元素是一个std::pair<const Key, Value>，键不可修改，值可以修改。 -
底层实现：
基于红黑树（Red-Black Tree，自平衡二叉搜索树），保证插入、删除和查找的时间复杂度为O(log n)。
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 键唯一性 | 所有键唯一，插入重复键会被忽略（可通过返回值判断是否成功）。 |
| 自动排序 | 元素按键自动排序（默认升序，可自定义排序规则）。 |
| 不可修改键 | 键在容器中不可直接修改，需先删除旧键值对再插入新键。 |
| 高效查找 | 支持 O(log n) 复杂度的查找（find()、count() 等操作）。 |
| 稳定迭代器 | 插入或删除操作不会使其他元素的迭代器失效（除非指向被删除元素）。 |
map的构造函数
1、默认构造函数：创建一个空的 map，可指定自定义的比较器（Comparator）和分配器（Allocator）。
explicit map(const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());map<int, string> m1; // 空map，默认按键升序排序// 自定义按字符串长度排序的比较器
struct KeyCompare {bool operator()(const string& a, const string& b) const {return a.size() < b.size();}
};
map<string, int, KeyCompare> m2; // 键按长度排序的空map2、范围构造函数：通过迭代器范围 [first, last) 初始化 map，键值对会被自动去重并排序。
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());vector<pair<int, string>> vec = {{3, "Alice"}, {1, "Bob"}, {3, "Charlie"}};// 从vector的迭代器构造，自动去重并按键升序排序
map<int, string> m3(vec.begin(), vec.end()); // {1: "Bob", 3: "Alice"}3、拷贝构造函数：深拷贝另一个 map 的所有键值对。
map(const map& other);map<int, string> m_original = {{1, "A"}, {2, "B"}};
map<int, string> m_copy(m_original); // 深拷贝，m_copy = {1: "A", 2: "B"}4、初始化列表构造函数（C++11 起）：通过初始化列表直接初始化 map。
map(initializer_list<value_type> init, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& alloc = Allocator());map<int, string> m5 = {{3, "Alice"}, {1, "Bob"}, {3, "Charlie"}}; // 去重后 {1: "Bob", 3: "Alice"}// 自定义降序排序
map<int, string, greater<int>> m6 = {{3, "A"}, {1, "B"}}; // {3: "A", 1: "B"}注意事项
-
键的唯一性：插入重复键时，
insert会失败，operator[]会覆盖原有值。 -
自定义比较器：需满足严格弱序规则（例如不能定义
<=作为比较逻辑）。 -
性能权衡：若无需有序性，优先使用
unordered_map（哈希表实现，平均 O(1) 操作）。
map的使用
| 接口分类 | 接口名称 | 作用 |
|---|---|---|
| 插入操作 | insert | 插入键值对，返回插入结果（迭代器 + 是否成功）。 |
emplace | 原地构造键值对，避免临时对象拷贝。 | |
operator[] | 通过键访问值（若键不存在，插入默认值并返回引用）。 | |
| 删除操作 | erase | 删除指定键或迭代器范围内的键值对。 |
clear | 清空所有键值对。 | |
| 查找与访问 | find | 查找键，返回迭代器（未找到返回 end()）。 |
count | 返回键的数量（0 或 1）。 | |
contains (C++20) | 检查键是否存在，返回布尔值。 | |
at | 安全访问值（键不存在时抛出异常）。 | |
| 容量查询 | empty | 检查容器是否为空。 |
size | 返回键值对数量。 | |
| 迭代器 | begin / end | 获取正向迭代器（按键升序）。 |
rbegin / rend | 获取反向迭代器（按键降序）。 |
示例：
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;int main()
{map<int, string> m;// 插入操作m.insert({1, "Alice"});m.emplace(2, "Bob"); // 原地构造m[3] = "Charlie"; // operator[] 插入// 删除操作m.erase(1); // 删除键1// m.clear(); // 清空所有元素// 查找与访问auto it = m.find(3);if (it != m.end()) {cout << "键3的值: " << it->second << endl;}// operator[] 的副作用（自动插入默认值）cout << "m[4]: " << m[4] << endl; // 输出空字符串（自动插入{4, ""}）// 遍历（C++17 结构化绑定）cout << "所有键值对:" << endl;for (const auto& [key, value] : m) {cout << key << ": " << value << endl;}// 容量查询cout << "元素数量: " << m.size() << endl;cout << "是否为空: " << (m.empty() ? "是" : "否") << endl;return 0;
}multiset
multiset容器与set容器的底层实现一样，都是平衡搜索树（红黑树），multiset容器和set容器的唯一区别就是，multiset允许键值冗余，即multiset容器当中存储的元素是可以重复的。
| 特性 | std::set | std::multiset |
|---|---|---|
| 键的唯一性 | 键唯一，不允许重复 | 允许重复键 |
| 插入操作 | 插入重复键时失败（返回 pair<iterator, bool>） | 总是插入成功（返回 iterator） |
| 查找与计数 | count(key) 返回 0 或 1 | count(key) 可返回 >=0 的任意值 |
| 底层实现 | 红黑树（自平衡二叉搜索树） | 红黑树（自平衡二叉搜索树） |
| 时间复杂度 | 插入、删除、查找均为 O(log n) | 同 set |
| 典型应用场景 | 需要唯一键的有序集合（如用户ID集合） | 允许重复的有序集合（如统计成绩分布） |
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选择
set：需要保证键唯一性且需要有序遍历的场景（如字典、配置表）。 -
选择
multiset：允许重复键且需要统计频率或保留重复数据的场景（如日志时间戳记录、投票统计）。
multimap
multimap容器与map容器的底层实现一样，也都是平衡搜索树（红黑树），multimap容器和map容器的区别，multimap允许键值冗余，即multimap容器当中存储的元素是可以重复的
| 特性 | std::map | std::multimap |
|---|---|---|
| 键的唯一性 | 键唯一，不允许重复 | 允许重复键 |
| 插入操作 | 插入重复键时覆盖原有值（operator[]）或失败（insert） | 总是插入成功，允许多个相同键的键值对共存 |
| 查找与访问 | operator[] 直接通过键访问值（键不存在时插入） | 没有 operator[]，必须通过迭代器访问 |
| 查找结果 | find(key) 返回单个迭代器 | find(key) 返回第一个匹配键的迭代器 |
| 键值对数量 | 每个键对应唯一值 | 一个键可对应多个值 |
| 典型应用场景 | 字典、配置表（键唯一） | 一对多映射（如学生ID对应多门课程成绩） |
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选择
map：需要键唯一且直接通过键访问值（如用户ID到用户名的映射）。 -
选择
multimap：允许键重复且需处理一对多关系（如订单ID对应多个商品）。 -
关键区别：
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map的键唯一，支持operator[]； -
multimap允许键重复，需用迭代器或equal_range处理多个值。
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