unordered_map讲解

<unordered_map> 是 C++ 标准库中的一个头文件，提供了哈希表的实现，即无序关联容器。std::unordered_map 是一种关联容器，它使用哈希表来存储键值对，从而提供平均常数时间复杂度的查找、插入和删除操作。以下是对 <unordered_map> 详细讲解，包括其主要特性、使用方法和注意事项。

1. 引入头文件

#include <unordered_map>

2. 基本概念

• 键值对：std::unordered_map 中的每个元素都是一个键值对（key-value pair），其中键是唯一的，值可以重复。
• 哈希表：std::unordered_map 使用哈希表来存储元素，通过哈希函数将键映射到桶中，从而提供快速的查找和更新操作。

3. 声明和初始化

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap;  // 创建一个空的 unordered_mapstd::unordered_map<int, std::string> umap2 = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};  // 使用初始化列表return 0;
}

4. 基本操作

插入元素

• insert(): 插入键值对
• emplace(): 原地构造键值对

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap;umap.insert({1, "one"});  // 使用 insert() 插入键值对umap.emplace(2, "two");   // 使用 emplace() 原地构造键值对return 0;
}

访问元素

• operator[]: 通过键访问或插入元素
• at(): 通过键访问元素，若键不存在则抛出异常

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap = {{1, "one"}, {2, "two"}};std::cout << umap[1] << std::endl;      // 输出 "one"std::cout << umap.at(2) << std::endl;   // 输出 "two"// 若键不存在，operator[] 会插入一个新的元素，at() 则会抛出异常std::cout << umap[3] << std::endl;      // 输出空字符串，并插入 {3, ""}try {std::cout << umap.at(4) << std::endl;  // 抛出异常} catch (const std::out_of_range& e) {std::cout << e.what() << std::endl;}return 0;
}

删除元素

• erase(): 删除指定键的元素或删除指定位置的元素

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};umap.erase(2);  // 删除键为 2 的元素for (const auto& pair : umap) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;}return 0;
}

查找元素

• find(): 查找键并返回指向该元素的迭代器
• count(): 返回指定键的出现次数（对于 unordered_map，结果要么是 0 要么是 1）

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};auto it = umap.find(2);  // 查找键为 2 的元素if (it != umap.end()) {std::cout << "Found: " << it->first << ": " << it->second << std::endl;} else {std::cout << "Not found" << std::endl;}std::cout << "Count of key 3: " << umap.count(3) << std::endl;  // 输出 1std::cout << "Count of key 4: " << umap.count(4) << std::endl;  // 输出 0return 0;
}

迭代器

• begin(): 返回指向第一个元素的迭代器
• end(): 返回指向最后一个元素后一位置的迭代器

#include <unordered_map>
#include <iostream>int main() {std::unordered_map<int, std::string> umap = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};for (auto it = umap.begin(); it != umap.end(); ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;}return 0;
}

5. 注意事项

• 无序性：std::unordered_map 中的元素无序存储，不能依赖元素的插入顺序或访问顺序。
• 哈希函数：默认情况下，std::unordered_map 使用 std::hash 来计算键的哈希值。如果需要自定义哈希函数，可以在模板参数中指定。
• 负载因子：哈希表的性能与负载因子相关。负载因子是元素数量与桶数量的比值。通过 load_factor() 可以获取当前负载因子，通过 max_load_factor() 可以设置最大负载因子。
• 性能：std::unordered_map 的平均时间复杂度是常数时间，但在最坏情况下可能退化为线性时间。选择合适的哈希函数和负载因子可以提高性能。

6. 总结

<unordered_map> 提供了高效的键值对存储和查找功能，是 C++ 标准库中非常有用的容器之一。通过掌握其基本操作和注意事项，可以在各种编程场景中高效地使用 std::unordered_map。