【C++】map和set的使用

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文章目录

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：
  - 3.1.2set几个常用函数：
  - - a.count函数：
    - b.find函数：
    - c.边界处理的函数：
    - - lower_bound和upper_bound：
    - equal_range：
  - 3.1.3set的使用：
- 3.2`multiset`：
- 3.3`map`：
- - 3.3.1map的介绍：
  - 3.3.2map的常用函数：
  - - a.insert函数：
    - b.map的遍历：
    - c.[]访问：
  - 3.3.3map的使用：
- 3.4multimap:
一道经典例题：
- 方法1：
- 方法2：
- 方法3（不推荐）：

1. 关联式容器

在初阶阶段，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：list，vector，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，并且在数据检索时比序列式容器效率更高（实现是AVL树，就是进阶版的二叉搜索树）。

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)
{}
};

3. 树形结构的关联式容器

根据应用场景的不同，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。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(都是中序遍历）。下面一依次介绍每一个容器。

3.1`set`：

3.1.1:set的介绍：

set是按照一定次序存储元素的容器
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。
set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
与map不同，map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<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：less<T>
set中查找某个元素，时间复杂度为： $log_2 n$

3.1.2set几个常用函数：

和其他容器一样，set的迭代器，构造函数，析构函数，容量,插入删除等函数可以自己去查看文档了，在这里我就讲几个常用和易错的几个函数：

a.count函数：

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此函数就是返回val值在set里面有多少个。但是因为set里面的元素不重复，所以这个函数在set里面只可能返回0或1，所以我们查找元素在不在的时候可以使用这个函数。

b.find函数：

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其实这个函数也很简单，我们只需要注意一下他的返回值：

找到了就返回那个地方的迭代器
没找到就返回末尾的迭代器end()

c.边界处理的函数：

lower_bound和upper_bound：

说白了，这两个函数就是为了erase()服务的：他们可以给erase提供一个范围空间，供其删除中间的内容。
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由于erase删除的时候是左闭右开的原则，这两个函数根据这个原则，lower_bound返回的值是>=val的，而upper_bound返回的值是>val的（都是为了左开右闭准备的）
举个🌰：

multiset<int> s;for (int i = 1; i < 10; i++){s.insert(i * 10);//10 20 30 40 50 60 70 80 90}auto itlow = s.lower_bound(30);//30auto itup = s.upper_bound(60);//70cout << *itlow << endl;cout << *itup << endl;s.erase(itlow,itup);//左闭右开，删除了30，40，50，60

equal_range：

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说白了，这个函数也是应该使用在multiset里面更好，他是返回val值的一小段区间，其实也是为了erase这个val值。他返回的这个值是一个pair，第一个其实就相当于lower__bound，第二个就相当于upper__bound

auto ret = s.equal_range(30);//该函数返回的是一个pair，因为也要左闭右开，所以还是和什么一样，而pair的first是lower，second是upperauto itlow = ret.first;//>=  这里相当于lower_boundauto itup = ret.second;//>	 这里相当于upper_boundcout << *itlow << endl;//cout << *itup << endl;s.erase(itlow,itup);//左闭右开

3.1.3set的使用：

set可以进行去重，或者检查有没有重复的元素,比如我们之前做的判断链表是否为环形链表的题，如果我们将链表的结点都存入set，如果发现一样的，那就一定是环形链表了。（判断记得用count()更简单）

3.2`multiset`：

其实有两个函数就是为multiset写的：
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还要就是在删除erase(val)或通过equal_range()删除val的时候，会将val值全部删掉！！

3.3`map`：

3.3.1map的介绍：

在map中，键值key通常用于排序和唯一的标识元素，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;
在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
map支持下标访问符加粗样式，即在[]中放入key，就可以找到与key对应的value。
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)
key的值不能改，value的值可以改：

typedef pair<const key, T> value_type;

3.3.2map的常用函数：

a.insert函数：

对于pair类型，我们该怎么插入呢？有下面几种方法：

map<string, string> mp;//c++98!!//方法一：构造后插入pair<string, string> k1("insert", "插入");mp.insert(k1);//方法二:匿名对象插入mp.insert(pair<string, string> ("sort", "排序"));//方法三：调用make_pair函数mp.insert(make_pair("string", "字符串"));//c++11:支持了多参数的构造函数隐式类型转换!!mp.insert({ "map","映射" });

b.map的遍历：

那么，我们的map如何遍历呢？
其实还是和其他的容器一样，只是我们的map里面是pair类型，要多一次解引用：

auto it = mp.begin();while (it != mp.end()){(*it).second = "xxx";//(*it).first = "xxx";只能修改第二个值，不能修改第一个值cout << (*it).first << " :" << (*it).second << endl;it++;}cout << endl;while (it != mp.end()){cout << it->first << " :" << it->second << endl;//这里本来应该是it->->first原本是：//pair<K,V> operator->()//{//return &it->val;//}it++;}for (const auto& kv : mp){//kv.second = "ccc";cout << kv.first << " :" << kv.second << endl;}

c.[]访问：

如果要通过map来统计次数该如何统计呢？
通常大家会这样统计：

string arr[] = { "西瓜", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> mp;for (auto& ch : arr){auto it=mp.find(ch);if (it == mp.end()){mp.insert({ ch,1 });}else{it->second++;}}

但是还要更简便的方法，那就是使用[]。我们先来看看他的使用：
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实际上这里的源码是这样的：

这里就不得不说insert的返回值了：

所以上面[]的实现简化下来是这样的：

所以上面的统计次数可以这样来写：

string arr[] = { "西瓜", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> mp;
for (auto& ch : arr){mp[ch]++;}

这样的话，我们就可以通过key来插入/修改value的值了，是不是很方便呢？

3.3.3map的使用：

map其实就是一种映射关系，以后只要见到有映射关系的题目都可以通过map来实现：
比如之前的括号的题目：
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还有随机链表复制的题目。

3.4multimap:

multimap和multiset类似，就是可以存入相同的key的值。

一道经典例题：

前k个高频单词
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在学习了map之后，我们就可以通过map进行计数，而且而且！map还顺便排了个序！！虽然不是最终结果，但是还是给我们省了很多步骤。下面有三种方法解决这个问题：

方法1：

先用map统计次数，而且此时也正好按字典序排序了，但是要按次序排序，而我们map不能通过算法里面的排序（快排是用数组的），所以我们用vector来保存pair。但是最后在快排的时候，快排没有稳定性（相对位置会改变），所以我们用另外一个排序，叫stable_sort来排序。

class Solution {
public:struct Greater{bool operator()(const pair<string, int>& kv1, const pair<string, int>& kv2){return kv1.second > kv2.second;}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k){map<string, int> countmap;for (const auto& ch : words){countmap[ch]++;}vector<string> v;vector<pair<string, int>>kv(countmap.begin(), countmap.end());stable_sort(kv.begin(), kv.end(), Greater());for (int i = 0; i < k; i++){v.push_back(kv[i].first);}return v;}
};

方法2：

其实，我们还可以通过对仿函数进行限制，还是可以使用sort函数排序的。此时仿函数的限制就非常的巧妙！！在次数相等的时候让其通过字典序来比！！

class Solution {
public:struct Greater{bool operator()(const pair<string, int>& kv1, const pair<string, int>& kv2){return kv1.second > kv2.second || kv1.second == kv2.second && kv1.first < kv2.first;}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k){map<string, int> countmap;for (const auto& ch : words){countmap[ch]++;}vector<string> v;vector<pair<string, int>>kv(countmap.begin(), countmap.end());sort(kv.begin(), kv.end(), Greater());for (int i = 0; i < k; i++){v.push_back(kv[i].first);}return v;}
};

方法3（不推荐）：

multimap在构建的时候，在排序有可能是稳定的（这个看编译器，其他编译器不一定对）。所以如果multimap稳定的情况下，我们就可以在创建一个multimap，来通过次数再来排一次序！


class Solution {
public:struct Greater{bool operator()(const pair<string, int>& kv1, const pair<string, int>& kv2){return kv1.second > kv2.second || kv1.second == kv2.second && kv1.first < kv2.first;}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k){map<string, int> countmap;for (const auto& ch : words){countmap[ch]++;}multimap<int, string, greater<int>> sortMap;for (const auto& e : countmap){sortMap.insert({ e.second,e.first });}vector<string> v;auto it = sortMap.begin();while (k--){v.push_back(it->second);++it;}return v;}
};