set类和map类介绍和简单使用

set类介绍与简单使用

set类

multiset类

map类介绍与简单使用

map类

multimap类

set类介绍与简单使用

set类是一种关联式容器，在数据检索时比序列式容器效率更高。本质是一个常规的二叉搜索树，但是为了防止出现单支树导致效率下降进行了相关优化

set类也满足二叉搜索树的特点：

元素不重复：因此可以用来去重
默认中序遍历是升序
比较的平均次数为 $log_{2}{N}$
set中的元素不可以修改
set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现
默认按照key升序排序

set类

使用set类需要包含头文件<set>

set官方文档

简单使用实例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <set>using namespace std;int main(){set<int> s;// 使用数组构造set，去重+排序int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };for (auto e : array){// 插入数据s.insert(e);}// 使用正向迭代器遍历setset<int>::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用反向迭代器遍历setset<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;// 计数// set会去重，所以每一种数字只会出现1次cout << s.count(3) << endl;// 查找+删除s.erase(s.find(3));// 范围for遍历for (auto e : s){cout << e << " ";}return 0;}

需要注意的两个函数lower_bound()和upper_bound()，这两个函数放在一起的作用是获取到当前中序遍历的[lower_bound, upper_bound]区间

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <set>using namespace std;int main(){set<int> s;// 使用数组构造set，去重+排序int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };for (auto e : array){// 插入数据s.insert(e);}// lower_bound与upper_boundset<int>::iterator it = s.lower_bound(3);while (it != s.upper_bound(8)){cout << *it << " ";++it;}return 0;}输出结果：3 4 5 6 7 8

首先解释lower_bound(3)的意思，在这个函数中，lower_bound()会取到第一个大于或者等于3的数值，返回其位置的迭代器，所以lower_bound(3)返回的是3所在位置的迭代器，接着upper_bound(8)，对于upper_bound(8)会返回除8以外的比8大的数值位置的迭代器，也就是第一个大于8的数值位置的迭代器，所以上面的程序结果最后会输出8是因为取出了[3, 8]中的所有位于set容器中的值

multiset类

multiset类与set类不同的是，multiset类允许数据出现重复

multiset类官方文档

简单使用实例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <set>using namespace std;int main(){// 使用数组构造multiset，排序int array1[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };multiset<int> ms;for (auto num : array1){ms.insert(num);}// 范围for遍历for (auto num : ms){cout << num << " ";}cout << endl;// 统计3的次数cout << ms.count(3) << endl;// lower_bound和upper_bound// 在multiset中会打印[第一个4, 最后一个4]中的所有4multiset<int>::iterator it = ms.lower_bound(4); while (it != ms.upper_bound(4)){cout << *it << " ";++it;}return 0;}

需要注意erase()函数在multiset中的两个用法有些许不同：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <set>using namespace std;int main(){int array2[] = { 1, 3, 5, 3, 3, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 3, 7, 9, 2, 4, 6, 3, 0 };multiset<int> ms1;for (auto num : array2){ms1.insert(num);}for (auto num : ms1){cout << num << " ";}cout << endl;// 使用find查找后删除ms1.erase(ms1.find(3));for (auto num : ms1){cout << num << " ";}cout << endl;// 直接删除ms1.erase(3);for (auto num : ms1){cout << num << " ";}return 0;}输出结果：0 0 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 8 90 0 1 1 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 8 90 0 1 1 2 2 4 4 5 6 6 7 8 9

如果multiset中指定数值有重复，multiset类中find()函数会找到左子树第一个值为指定值（不存在则返回其他与指定值相同的节点）的位置，返回该位置的迭代器，所以此时调用erase()函数，将find()返回的迭代器传给erase()函数，删除的就是左子树的第一个值，而如果直接调用erase()函数，传入指定值，则一次性全部删除

map类介绍与简单使用

与set类不同的是，map类是KV模型的平衡二叉树（红黑树），因为是Key_Value模型，所以map类总是以key进行排序，map也是用来存储数据的，与序列式容器（forward_list）不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对（pair）

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。下面是SGI版本的键值对定义：
 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) {}template <class U1, class U2>pair(const pair<U1, U2>& p) : first(p.first), second(p.second) {}};

map类的特点：

因为底层还是类似于二叉搜索树，但是进行了优化，所以效率为 $log_{2}{N}$
map类中的key值无法被修改，一旦插入了就没有再次修改的机会
map类支持下标访问
map类按照key升序排序

map类

map官方文档

简单使用实例：

map类没有直接添加key_value键值对的构造函数，所以需要使用其他方式进行内容添加

首先介绍map类中的insert()函数，与set类的insert()不同的是，map类需要使用pair对象作为参数传递给insert()函数，下面是insert()函数原型之一

 pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);// 其中value_type为pair<const key_type, mapped_type>// key_type为第一个模版参数Key// mapped_type为第二个模版参数T

所以在插入数据时，首先需要一个pair对象，前面提供了pair结构的原型，其中有三种构造函数

无参构造：first和second给类型初始值
有参构造：给定first和second对应的值进行初始化
拷贝构造：使用已经存在的pair对象构造

有了pair对象的构造，结合insert()函数就可以为map类添加对象，下面提供五种方式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <map>using namespace std;int main(){// map的五种构造方式// 1. 创建pair对象再通过insert()函数插入到map中pair<string, string> p1("字符串1", "字符串2");map<string, string> m1;m1.insert(p1);// 2. 匿名对象插入map<string, string> m2;m2.insert(pair<string, string>("字符串1", "字符串2"));// 3. 无explicit修饰下的隐式类型转换map<string, string> m3;m3.insert({ "字符串1", "字符串2" });// 4. make_pair函数map<string, string> m4;m4.insert(make_pair("字符串1", "字符串2"));// 5. initializer_listmap<string, string> m5 = { {"字符串1", "字符串2"}, {"字符串3", "字符串4"} };return 0;}

上面代码中的第三种方式与下面的过程等价

 pair<string, string> p2 = { "字符串1", "字符串2" }; // 隐式类型转换m3.insert(p2);

以二叉搜索树中：统计水果出现的次数为例

#include <iostream>#include <map>using namespace std;int main(){string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> m;// 插入数据for (auto str : arr){m.insert({str, 0});}// 迭代器遍历auto it = m.begin();while (it != m.end()){cout << (*it).first << "->" << it->second << endl;++it;}cout << endl;// 查找+删除auto pos = m.find("苹果");m.erase(pos);auto it1 = m.begin();while (it1 != m.end()){cout << (*it1).first << "->" << it1->second << endl;++it1;}return 0;}

需要注意map中的operator[]函数，如果想要实现在二叉搜索树中的计数，可以使用该函数

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include <iostream>#include <map>using namespace std;int main(){string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> m;for (auto str : arr){m[str]++;}auto it = m.begin();while (it != m.end()){cout << it->first << "->" << it->second << endl;++it;}return 0;}

在map类中，operator[]函数的本质是通过[]中的key查找key对应的value值，如果key不存在就插入，将value设置为对应类型的默认值，如果key存在就返回value

这个函数的调用可以类比成下面的思路：

 (*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second

将其拆解为三部分：

```
(this->insert(make_pair(k,mapped_type())))
```
该部分本质是调用了一个insert()函数，在map类中insert()函数返回pair<iterator, bool>，如果插入成功证明插入的键值对一开始不存在，返回插入后位置的迭代器，并将bool类型的变量设置为true表示插入成功；如果键值对一开始存在，返回存在的键值对位置的迭代器，并将bool类型的变量设置为false表示插入失败
```
 (*(pair<iterator, bool>.first))
```
该部分本质是调用插入节点的迭代器访问该迭代器的first值，因为这个键值对中的iterator存储的成功插入或者已经存在于map中的键值对位置的迭代器，所以该迭代器指向的是一个实际的节点，即一个实际的键值对节点，解引用该节点就可以取到其中的内容

 (*iterator).second // iterator表示已经插入的节点或者原有节点位置的迭代器

该部分就是取出迭代器指向的节点中的second的值

所以，在map类中operator[]可以用于下面的行为：

不存在[]中的key，插入该key
存在[]中的key，返回key对应的value
存在[]中的key，修改key对应的value

multimap类

与map类基本相同，但是multimap类允许数据出现重复，并且multimap类不支持operator[]函数和at函数

multimap官方文档

基本使用与map类和multiset类似，不再做演示