【C++】map和set深度讲解

> 作者简介：დ旧言~，目前大二，现在学习Java，c，c++，Python等
> 座右铭：松树千年终是朽，槿花一日自为荣。

> 目标：熟练掌握map和set容器。

> 毒鸡汤：得知坦然，失之淡然，争之必然，顺其自然。

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🌟前言

早期我们学习了顺序容器（vector，list...），像这块容器中的元素都是按照顺序存储的，学习起来相对来说比较轻松，这个轻松是相对的，在C++STL中我们还有一种容器为关联式容器，这种容器在底层的实现及其复杂，但是使用起来相对容易，也是苦了我们编译器。关联式容器比较有代表性的就是map和set，那它们又是使用呢，又有什么优点呢？带上这些问题进入今天的学习。

⭐主体

学习多态咱们按照下面的图解：

🌙关联式容器

容器分类：

序列式容器： 底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身，包含vector、list、deque、forward_list(C++11)等。
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，包含set、map、unordered_set、unordered_map等。

注意： stack、queue和priority_queue属于容器适配器

关联式容器：

关联式容器
关联式容器	容器结构	底层实现
set，map，multiset，multimap	树形结构	红黑树
unordered_set，unordered_map，unordered_multiset，unordered_multimap	哈希结构	哈希表，哈希桶

🌙键值对

概念分析：

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。

应用场景：

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。

代码分析：

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){}
};

🌙C++的set

💫set的介绍

概念：

set是按照一定次序存储元素的容器。
在set中，元素的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。
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。
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。
set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

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。
set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
set中的元素默认按照小于来比较
set中查找某个元素，时间复杂度为：logN

💫set的使用

1.set的模板参数列表

分析：

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对
Compare：比较方法，set中元素默认按照小于来比较（中序遍历为升序）
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

举个栗子：

int main()
{set<int> set1;   //空构造int num[] = { 4,5,1,8,2,4,6,3 };set<int> set2(num, num + sizeof(num) / sizeof(num[0])); //对于数组使用原生指针构造set<int> set3(set2);  //拷贝构造// 范围for打印，从打印结果中可以看出：set可去重for (auto& e : set3)cout << e << " ";cout << endl;
}

运行结果：

3.set中迭代器相关函数

举个栗子：

int main()
{set<int> s;//插入元素s.insert(1);s.insert(4);s.insert(3);s.insert(3);s.insert(2);s.insert(2);s.insert(3);//遍历容器（正向迭代器）set<int>::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;//反向迭代器set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;
}

运行结果：

4.set中常用的成员函数

举个栗子：

int main()
{set<int> s;//插入元素(自动去重）s.insert(1);s.insert(4);s.insert(3);s.insert(3);s.insert(2);s.insert(2);s.insert(3);//遍历容器for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//查找元素set<int>::iterator pos = s.find(3);//删除元素s.erase(pos);// 删除元素3s.erase(4);//容器大小cout << s.size() << endl;//清空容器s.clear();//容器判空cout << s.empty() << endl;//交换两个容器的数据set<int> tmp{ 10, 20, 30, 40 };s.swap(tmp);//容器中值为2的元素个数cout << s.count(2) << endl;cout << endl;
}

运行结果：

🌙C++的multiset

介绍：

multiset容器与set容器实现和接口基本一致，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

注意：

对于find来说multiset返回底层搜索树中序的第一个键值为key的元素的迭代器

举个栗子：

int main()
{set<int> s; // 不会去重s.insert(1);s.insert(3);s.insert(4);s.insert(2);s.insert(2);cout << "set 结果 ：";for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;multiset<int> ms; // 会去重ms.insert(1);ms.insert(3);ms.insert(4);ms.insert(2);ms.insert(2);cout << "multiset 结果 ：";for (auto e : ms){cout << e << " ";}cout << endl;
}

运行结果：

🌙C++的map

💫map的介绍

概念：

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
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 value_type;
在内部map中的元素总是按照键值key进行比较排序以及查找
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)
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（这里是在insert上的一个封装）
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)

注意：

set和map基本差不多，但是set是k模型，而map是kv模型，这导致在部分地方又有些不一样

💫map的使用

分析：

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

1.map构造函数

举个栗子：

int main()
{map<int, double> m1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器map<int, double> m2(m1); //拷贝构造map<int, double> m3(m2.begin(), m2.end()); //利用迭代器拷贝构造map<int, double, greater<int>> m4; //按int降序排序return 0;
}

2.map的迭代器

举个栗子：

int main()
{map<int, string> m;m.insert(make_pair(2, "two"));m.insert(make_pair(1, "one"));m.insert(make_pair(3, "three"));// 正向迭代器遍历map<int, string>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){cout << it->first << "-" << it->second << endl;it++;}cout << endl;// 反向迭代器遍历map<int, string>::reverse_iterator it2 = m.rbegin();while (it2 != m.rend()){cout << it2->first << "-" << it2->second << endl;it2++;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：

3.map其他常用成员函数

举个栗子：

int main()
{map<int, string> m;m.insert(make_pair(2, "two"));m.insert(make_pair(1, "one"));m.insert(make_pair(3, "three"));m.insert(make_pair(4, "four"));//根据key值进行删除m.erase(3);//根据迭代器进行删除map<int, string>::iterator pos = m.find(4);if (pos != m.end()){m.erase(pos);}// 获取元素为2的迭代器pos = m.find(2);if (pos != m.end()){cout << pos->first << "-" << pos->second << endl;}//获取容器中元素的个数cout << m.size() << endl;//容器中key值为2的元素个数cout << m.count(2) << endl;//清空容器m.clear();//容器判空cout << m.empty() << endl;//交换两个容器中的数据map<int, string> tmp;m.swap(tmp);return 0;
}

运行结果：

4.map的插入（重点）

原型模板：

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);//value_type是pair的重命名value_type是pair的重命名：typedef pair<const Key, T> value_type;

方式一：构造匿名对象插入

举个栗子：

int main()
{map<int, string> m;// 构造一个匿名对象插入m.insert(pair<int, string>(2, "two"));m.insert(pair<int, string>(1, "one"));m.insert(pair<int, string>(3, "three"));for (auto e : m){cout << e.first << "-" << e.second << endl;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：

方式二：调用make_pair函数模板

举个栗子：

int main()
{map<int, string> m;// 构造一个匿名对象插入m.insert(make_pair(2, "two"));m.insert(make_pair(1, "one"));m.insert(make_pair(3, "three"));for (auto e : m){cout << e.first << "-" << e.second << endl;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：

注意事项：

若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

🌙C++的multiset

介绍：

multimap容器和map容器的区别与multiset容器和set容器的区别一样，multimap允许键值冗余，即multimap容器当中存储的元素是可以重复的。

举个栗子：

int main()
{multimap<int, string> mt;//插入元素（允许重复）mt.insert(make_pair(2, "two"));mt.insert(make_pair(2, "two"));mt.insert(make_pair(1, "one"));mt.insert(make_pair(3, "three"));for (auto e : mt){cout << e.first << "-" << e.second << endl;}cout << endl;return 0;
}

运行结果：