C++：map和set的介绍及使用

目录

1. 关联式容器

2. 键值对

3. 树形结构的关联式容器

3.1 set

3.1.1 set的介绍

3.1.2 set的使用

3.2 map

3.2.1 map的介绍

3.2.2 map的使用

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介绍

3.3.2 multiset的使用

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

3.4.2 multimap的使用

1. 关联式容器

在之前文章中，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。

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：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：

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){}
};

这个类我们下面会经常用到。 下面这个接口也会用到，会帮我们创建 pair 键值对。

//make_pair 会自动推出类型template<class T1,class T2>pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y){return pair<T1, T2>(x, y);}

3. 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。本篇文章讲解一下树形结构，哈希结构我们后面文章会讲。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。

3.1 set

3.1.1 set的介绍

set文档介绍

翻译：

  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，因为修改会就可能不再是一个二叉搜索树了。
  8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3.1.2 set的使用

1. set的模板参数列表

  • T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
  • Compare：set中元素默认按照小于来比较
  • Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

2. set的构造

函数声明功能介绍

set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator&

= Allocator() );

构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const
Compare& comp = Compare(), const Allocator& =
Allocator() );		用[first, last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);set的拷贝构造

3. set的迭代器

函数声明()函数介绍
iterator begin()返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即begin
const_reverse_iterator crbegin() const返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器，即cbegin

4. set的容量

函数声明功能介绍
bool empty ( ) const检测set是否为空，空返回true，否则返回true
size_type size() const返回set中有效元素的个数

5. set的修改操作

函数声明功能介绍

pair<iterator,bool> insert (

const value_type& x )

在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false>，为什么这样返回，我们后面会讲到

void erase ( iterator position )删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const
key_type& x )		删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first,
iterator last )		删除set中[first, last)区间中的元素
void swap (
set<Key,Compare,Allocator>&
st );		交换set中的元素
void clear ( )将set中的元素清空
iterator find ( const
key_type& x ) const		返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const
key_type& x ) const		返回set中值为x的元素的个数

6. set的举例使用

void test1()
{//查找在不在//排序+去重set<int> s;//底层红黑树，是二叉搜索树s.insert(5);s.insert(2);s.insert(6);s.insert(1);s.insert(2);//二叉搜索树不能有相同的值，已经有的不再插入，返回pair<iterator,bool>auto ret1 = s.insert(6);cout << ret1.second << endl;pair<set<int>::iterator, bool> ret2 = s.insert(6);cout << ret1.second << endl;set<int>::iterator it = s.begin();//中序遍历while (it != s.end()){//*it = 10;set不支持修改cout << *it << " ";it++;}cout << endl;s.erase(2);//直接删除//迭代器删除set<int>::iterator it1 = s.find(3);//找不到返回s.end()if (it1 != s.end()){s.erase(it1);//s.erase(s.end())程序会崩溃//迭代器删除成功后会返回1 size_type 即 size_t//失败返回0}if (s.count(3))//返回val的个数，0表示没有{cout << "3存在" << endl;}else{cout << "3不在" << endl;}//支持迭代器就支持范围forfor (auto& x : s){cout << x << " ";}cout << endl;
}void test2()
{set<int> myset;set<int>::iterator itlow, itup;for (int i = 1; i < 10; i++){myset.insert(i*10);}//10 20 30 40 50 60 70 80 90//可以去官方文档中查看下面函数的定义//itlow = myset.lower_bound(30);itlow = myset.lower_bound(25);//返回大于等于>=val值位置的迭代器//itup = myset.upper_bound(60);//迭代器区间左闭右开，返回的是70的位置itup = myset.upper_bound(65);//返回大于>val值位置的迭代器，还是返回70的位置myset.erase(itlow, itup);//删除迭代器区间for (auto& x : myset){cout << x << " ";//10 20 80 90}cout << endl;
}void test3()
{set<int> myset;set<int>::iterator itlow, itup;for (int i = 1; i <= 5; i++){myset.insert(i * 10);}pair<set<int>::iterator, set<int>::iterator> ret;//ret = myset.equal_range(30);//[30,40）ret = myset.equal_range(35);//[40,40）cout << "the lower bound points to:" << *ret.first << endl;//    >=valcout << "the upper bound points to:" << *ret.second << endl;//   > val}

3.2 map

3.2.1 map的介绍

map的文档简介

翻译：

  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))。

3.2.2 map的使用

1. map的模板参数说明

  • key: 键值对中key的类型
  • T： 键值对中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(内置类型元素)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

注意：在使用map时，需要包含头文件。

2. map的构造

函数声明功能介绍
map()构造一个空的map

3. map的迭代器

函数声明功能介绍
begin()和end()begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不
能修改
rbegin()和rend()反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其
++和--操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend()与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所
指向的元素不能修改

4. map的容量与元素访问

函数声明功能简介
bool empty ( ) const检测map中的元素是否为空，是返回
true，否则返回false
size_type size() const返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const
key_type& k)		返回去key对应的value

问题：当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：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。

这里就可以理解为什么insert返回pair<iterator,bool>，bool返回是否插入成功，然后利用第一个返回值可以确定插入或查找到元素的位置，然后可以读取这个位置的value.

5. map元素的修改

函数声明功能简介
pair<iterator,bool> insert (
const value_type& x )		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代表释放插入成功
void erase ( iterator position )删除position位置上的元素
size_type erase ( const
key_type& x )		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
void swap (
map<Key,T,Compare,Allocator>&
mp )		交换两个map中的元素
void clear ( )将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x
)		在map中插入key为x的元素，找到返回该元
素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const
key_type& x ) const		在map中插入key为x的元素，找到返回该元
素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const
key_type& x ) const		返回key为x的键值在map中的个数，注意
map中key是唯一的，因此该函数的返回值
要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来
检测一个key是否在map中

6.使用示例：

void test5()
{map<string, string> dict;dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));//pair<> 匿名对象dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));//Insert的参数是size_type                   类型 匿名对象调用构造函数，变成 size_type 类型//会将char*转换为stirng类型dict.insert(make_pair("right", "右边"));//推荐这种写法string s1("xxxx"), s2("yyyy");dict.insert(make_pair(s1, s2));//make_pair 会自动推出类型//template<class T1,class T2>//pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)//{//	return pair<T1, T2>(x, y);//}map<string, string>::iterator it = dict.begin();while (it != dict.end()){cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;cout << it.operator->()->first << ":" << it->second << endl;//it.operator->() 返回pair类型的指针it++;}for (auto& x : dict){//x.frist += 'x';x.second += 'x';//second 能修改，frist不能修改cout << x.first << ":" << x.second << endl;}dict["erase"];//插入，返回pair的second的引用cout << dict["erase"] << endl;//查找dict["erase"] = "删除"; //修改cout << dict["erase"] << endl;dict["test"] = "测试";//插入+修改dict["left"] = "左边，剩余";//修改}//统计个数
void test6()
{string arr[] = { "香蕉","苹果","香蕉","葡萄","苹果","香蕉","葡萄","西瓜","苹果","橘子","橘子","葡萄","苹果","香蕉","梨","苹果","香蕉","橘子" };map<string, int> countMap;for (auto& x : arr){/*	map<string, int>::iterator it = countMap.find(x);if (it != countMap.end()){it->second++;}else{countMap.insert(make_pair(x, 1));}*/countMap[x]++;//给一个key，返回一个value的引用//  multimap不支持[]}for (auto& x : countMap){cout << x.first << ":" << x.second << endl;}
}

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介绍

multiset文章介绍

翻译：

  1. multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
  2. 在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
  3. 在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
  4. multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
  5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意：

  1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
  2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可
  3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
  4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
  5. multiset中的元素不能修改
  6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为$O(log_2 N)$
  7. multiset的作用：可以对元素进行排序

3.3.2 multiset的使用

此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，同学们可参考set。

void test4()
{//排序//比根大放左边和右边都一样multiset<int> s;//书中可以有相同的值s.insert(5);s.insert(2);s.insert(6);s.insert(6);s.insert(1);s.insert(2);s.insert(2);multiset<int>::iterator it = s.begin();//中序遍历while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto& x : s){cout << x << " ";}cout << endl;//如果有多个相同的值，find返回中序的第一个valit = s.find(2);//返回哪一个2？while (it != s.end())//返回中序的第一个2{ cout << *it << " ";++it;}cout << endl;cout << "1的个数:" << s.count(1) << endl;//这个接口对set意义不大pair<multiset<int>::iterator, multiset<int>::iterator> ret;ret = s.equal_range(2);//这个接口对于set意义不大//[>=2,>2)//s.erase(ret.first, ret.second);//删除相等的值size_t num = s.erase(2);//也可以删除全部的2cout << "删除2的个数:" << num << endl;//返回删除的几个值，可以理解为什么返回的是size_t ，而不是boolfor (auto& x : s){cout << x << " ";}cout << endl;
}

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

multimap文档介绍

翻译：

  1. Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
  2. 在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value_type;
  3. 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
  4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
  5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。

注意：

  1. multimap中的key是可以重复的。
  2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
  3. multimap中没有重载operator[]操作，因为会有多个相同的key。
  4. 使用时与map包含的头文件相同。
     
void test7()
{multimap<string, string> dict;//允许键值冗余dict.insert(make_pair("left", "左边"));dict.insert(make_pair("left", "剩余"));//map不会修改for (auto& x : dict){cout << x.first << ":" << x.second << endl;}}

本篇结束！

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