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1.映射类 map
0. 引入 pair:
1.定义
2.插入
3. 遍历
4.❗operator[]的实现
5. 插入
运用
2.Multimap 类
0. 引入:不去重的 Multi
1. Multimap 不支持 Operator[]
2. Multimap 的删除
1.映射类 map
0. 引入 pair:
在C++中,std::pair
是一个非常有用的容器适配器,它属于C++标准模板库(STL)的一部分,主要用于存储两个相关联的数据项。std::pair
的设计目的是为了方便地处理需要成对出现的数据,比如坐标点(x, y)、键值对(key, value)等。
std::pair
由<utility>
头文件提供,它包含两个成员,分别是first
和second
,这两个成员可以是任意类型的组合。std::pair
的声明语法如下:
#include <utility> // 包含std::pair的定义std::pair<Type1, Type2> myPair;
其中,Type1
和Type2
是你想要存储的两种类型。
创建pair实例
可以通过构造函数直接初始化std::pair
:
std::pair<int, double> p1(1, 2.5);
也可以使用std::make_pair
函数:
std::pair<int, double> p2 = std::make_pair(1, 2.5);
访问pair成员
std::pair
的成员first
和second
可以直接访问:
std::pair<int, double> p(1, 2.5);
int x = p.first;
double y = p.second;
pair的比较
std::pair
可以进行比较,比较规则首先比较first
成员,如果first
相等,则比较second
成员。这使得std::pair
可以用于std::map
和std::set
等容器中的键值对。
示例
下面是一个使用std::pair
的简单示例:
#include <iostream>
#include <utility> // 包含std::pair的定义int main() {std::pair<std::string, int> studentGrade("Alice", 90);std::cout << "Student: " << studentGrade.first << ", Grade: " << studentGrade.second << std::endl;std::pair<std::string, int> studentGradeB("Student:Bob", 85);if (studentGradeA.second > studentGradeB.second) {std::cout << "Alice has a higher grade than Bob." << std::endl;
}return 0;
}
在这个示例中,我们创建了一个std::pair
实例,存储了学生的名字和成绩,然后比较了两个学生的成绩。
1.定义
key 通常用于排序和唯一地标识元素,value 中存储与 key 关联的内容。
key 和 value 的类型可以不同,在 map 内部,key 和 value 通过成员类型 value_type 绑定
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
2.插入
例如简单实现一个字典,我们可以有四种插入方法:
① 我们可以直接调用 pair 的构造函数来插入
② 可以用匿名对象的方式来写
③ 调用神奇的 make_pair
④ 直接用 { }
std::map<std::string, std::string> dict;std::pair<std::string, std::string> kv1("insert", "插入");// 传参的四种实现dict.insert(std::pair<std::string, std::string>("sort", "排序")); // 方法一dict.insert(kv1); // 方法二// C++98dict.insert(std::make_pair("string", "字符串")); // 方法三// C++11 多参数的构造函数隐式类型转换// 最常用的dict.insert({ "erase", "删除" }); // 方法四// 输出字典的内容以验证是否插入成功for (const auto& item : dict) {std::cout << "Key: " << item.first << ", Value: " << item.second << std::endl;}
运行:
对于方法四中存在的隐式类型转化:
// 隐式类型的转换string str1 = "hello";A aa1 = { 1, 2 };pair<string, string> kv2 = { "string", "字符串" };
}
3. 遍历
和其他容器的迭代器一样,加上 :: 小尾巴后就可以召唤出属于 map 的迭代器了:
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
//有请auto
auto it=dict.begin();
返回值需要返回迭代器中节点的数据,节点的数据是 pair,可惜 pair 并不支持 流 (stream)
有问题就有解决方法:使用 it->
中分别提取 first 和 second
//map<string, string>::iterator it = dict.begin();//迭代器返回pair指针auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){//it->first = "xxx";//it->second = "xxx";//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;cout << it->first << ":" << it->second << endl;//结构体指针调用++it;}cout << endl;
map 同样支持甜甜的 范围 for 来遍历,这里建议加上 & 提效:
for (const auto& kv : dict){cout << kv.first << ":"<<kv.second<<endl;}
}
4.❗operator[]
的实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k) {pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));// return (*(ret.first)).second;return ret.first->second;
}
判断 pair 的 first 就是 map 的迭代器即指针类型 , map 指针->second 实现计数
- key 已经在树里面,返回 pair<树里面 key 所在节点的 iterator, false>
- key 不在树里面,返回 pair <新插入 key 所在节点的 iterator, true>
5. 插入
注意:
// 不插入,不覆盖;插入过程中,只比较key,value是相同无所谓// key已经有了就不插入了dict.insert(make_pair("insert", "xxxx"));
测试:
void test_map4()
{map<string, string> dict;dict.insert(make_pair("string", "字符串"));dict.insert(make_pair("sort", "排序"));dict.insert(make_pair("insert", "插入"));cout << dict["sort"] << endl; // 查找和读dict["map"]; // 插入,返回1dict["map"] = "映射,地图"; // 修改dict["insert"] = "xxx"; // 修改dict["set"] = "集合"; // 插入+修改
}
运用
统计次数:例如说我们要计数如下动物:
"兔子", "大象", "兔子", "长颈鹿", "狮子", "猴子",
"大象", "兔子", "猴子", "猴子", "大象", "斑马",
"狮子", "猴子", "长颈鹿", "兔子", "斑马", "猴子"
我们可以这么写
map<string, int> count_map;for (auto& str : arr) {map<string, int>::iterator it = count_map.find(str);if (it != count_map.end()) {it->second++;}else {count_map.insert(make_pair(str, 1));}}
这里实际上可以让 insert 来优化一下
我们可以看到 insert 的返回值是一个 pair<iterator, bool> 类型。
插入成功, second 就是 true;如果插入失败, second 就是 false
既然如此,我们就可以这么去迭代:
for (auto& str : arr) {pair< map<string, int>::iterator, bool >ret= count_map.insert(make_pair(str, 1));
}
所以我们写一个判断,判断 second (bool) 是不是 false,如果是就让统计 次数++。
map<string, int> count_map;
for (auto& str : arr) {auto ret = count_map.insert(make_pair(str, 1)); if (ret.second == false) {ret.first->second++;}
}
实际运用中这两种方法我们几乎都不用,因为会有更好的方法,语言之父已经帮我们迭代过啦
for (auto& str : arr) {count_map[str]++;
}
根据上面我们可以知道,底层返回的实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k) {pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));// return (*(ret.first)).second;return ret.first->second;
}
如果是第一次出现,就先插入。插入成功后会返回插入的节点中的次数 0 的引用,对它 ++ 后变为 1。如果是第二次插入,插入失败,会返回它所在节点的迭代器的次数,再 ++。
然后这个地方的使用不仅联想到了 hash ,讲个题外的知识点,将两者做个比较:
std::map
和std::unordered_map
(通常称为hash map)是C++标准库中提供的两种关联容器,它们的主要区别在于内部实现和性能特征上。
std::map
- 内部实现:
std::map
使用红黑树(一种自平衡的二叉搜索树)作为底层数据结构。这意味着它的键值对是有序的,按照键的自然顺序或由比较器定义的顺序排列。- 查找、插入和删除的时间复杂度:对于
std::map
,这些操作的时间复杂度为O(log n),其中n是容器中的元素数量。这是因为每次操作都需要在树中移动log n的距离。- 迭代:由于
std::map
保持了键的排序,因此迭代访问元素时可以按照键的顺序进行,这对于需要排序访问的场景非常有用。
std::unordered_map
- 内部实现:
std::unordered_map
使用哈希表作为底层数据结构。它将键映射到哈希表中的位置,理想情况下,不同的键将映射到不同的位置,从而允许快速查找。- 查找、插入和删除的时间复杂度:平均而言,
std::unordered_map
的查找、插入和删除操作的时间复杂度为O(1),即常数时间。但在最坏的情况下,如果哈希冲突频繁发生,这些操作可能退化到线性时间复杂度O(n)。- 迭代:
std::unordered_map
不保证元素的顺序,因此迭代访问元素时,元素的顺序可能是任意的,这取决于哈希函数和哈希表的实现。
总结
- 当你需要键值对保持排序时,使用
std::map
。 - 当你需要快速查找而不关心键值对的顺序时,使用
std::unordered_map
。 std::map
在查找、插入和删除操作上的性能随着容器大小的增长而增长(对数时间复杂度),而std::unordered_map
在平均情况下的性能通常是常数时间,但对于特定的输入数据可能会退化。
选择使用哪种容器应基于你的具体需求:是否需要排序、预期的性能、以及对最坏情况性能的考虑。
2.Multimap 类
0. 引入:不去重的 Multi
- 背景:对于一词多义的情况,例如单词 "left" 可以表示 "左边" 和 "剩余",需要存储同一个键的多个值。
- 解决方案:使用
multimap
类,类似于multiset
,它允许存储具有相同键的多个值,但仍然保持排序。
void test_multimap() {multimap<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左边"));dict.insert(make_pair("left", "剩余"));
}
- 特性:在
map
中,重复插入相同键的元素会导致失败,而在multimap
中,相同键的多次插入均会成功。
1. Multimap 不支持 Operator[]
- 原因:
multimap
允许多个键值对拥有相同的键,因此它不支持通过operator[]
直接访问元素,因为该操作符假定键是唯一的。
int main() {multimap<int, std::string> myMultimap;myMultimap.insert(make_pair(1, "apple"));myMultimap.insert(make_pair(1, "apricot"));// myMultimap[1]; // 错误,因为无法确定返回哪个值
}
- 替代方案:使用迭代器遍历或
equal_range
函数来获取相同键的值范围。
equal_range
是 C++ 标准库中的一个函数模板,主要用于在有序容器(如set
,map
,vector
等)中查找一个值的范围。它返回一对迭代器,表示要查找值在容器中第一次出现的位置所在指针(迭代器)和最后一次出现的位置指针。
auto range = myMultimap.equal_range(1);
for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {cout << "Value: " << it->second << endl;
}
2. Multimap 的删除
- 方法:使用
erase
函数可以删除指定键的元素,例如删除所有键为 1 的元素。
myMultimap.erase(1); // 删除所有键为 1 的元素