C++ Primer 第十一章关联容器重点解读

news2025/11/3 22:51:17

1 map自定义排序

#include <map>
#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
int main() {
	function<bool(pair<int, int>, pair<int, int>)> cmp = [&](pair<int, int> p1, pair<int, int> p2) -> bool {
		return p1.second < p2.second;
	};
	map< pair<int, int>, int, decltype(cmp)> mp({ {{5, 1}, 2}, {{1, 7}, 3}, {{7, 3}, 2}, {{2, 2}, 1} },cmp);
	//map<pair<int, int>, int> mp = { {{5, 2}, 2}, {{1, 2}, 3}, {{7, 2}, 2}, {{2, 2}, 1} };
	for (auto& p : mp) {
		cout << p.first.first << ' ' << p.first.second << ' ' << p.second << '\n';
	}
}

map的类模板参数
在这里插入图片描述
map的构造函数

2 map/unordered_map的下标操作

2.1 at()

访问关键字为k的元素，带参数检查：若k不存在容器中，抛出一个out_of_range异常

2.2 下标运算符与解引用迭代器的区别

下标运算符：调用insert返回pair<iterator, bool>用返回的迭代器访问mapped_type

		V& operator[](const K& key) {
			pair<iterator, bool> ret = _t.insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}

解引用迭代器返回pair<key_type, mapped_type>

2.3 对比vector与map的下标运算符

map<int, int> m;
m[0] = 1;

vector<int> v;
v[0] = 1;

2.4 对map使用find替代下标操作

使用下标操作有一个严重的副作用：如果关键字还未在map中，下标操作会插入一个具有给定关键字的元素（具体原因可以参考2.2节给出的代码），其值为0；

3 用lower_bound、upper_bound、equal_range查找multimap中的元素

用lower_bound与upper_bound锁定范围

//authoers的key为作者,mapped为书名
//search_item表示要查找的作者
for (auto beg = authors.lower_bound(search_item), end = authors.upper_bound(search_item); beg != end; ++beg) {
    cout << beg->second << endl;
}

用equal_range锁定范围

equal_range接受一个关键字，返回一个迭代器pair，若关键字存在，则第一个迭代器指向第一个与关键字匹配的元素，第二个迭代器指向最后一个匹配元素之后的位置。若未找到匹配元素，则两个迭代器都指向关键字可以插入的位置

for (auto pos = authors.equal_range(search_item); pos.first != pos.second; ++pos.first) {
    cout << pos.first.second << endl;   
}

4 将自定义类型作为无序容器的关键字

默认情况下，无序容器使用关键字类型的==运算符来比较元素，他们还使用一个hash<key_type>类型的对象（仿函数）来生成每个元素的哈希值。标准库为内置类型（包括指针）提供了hash模板，还为一些标准库类型，比如string和智能指针类型定义了hash。

那么如何定义关键字为自定义类型的无序容器呢？

4.1类模板特化

namespace std {
    template<>
    struct hash<Sales_data> {
        //用来散列一个无需容器的类型必须要定义下列类型
        typedef size_t result_type;
        typedef Sales_data argument_type;    //默认情况下，此类型需要operator==
        size_t operator()(const Sales_data& s) const {
            return hash<string>() (s.bookNo) ^      //构造匿名对象调用operator()返回一个哈希值
                   hash<unsigned>() (s.units_sold) ^ 
                   hash<double>() (s.revenue);
        }
    }
}  //关闭std命名空间

4.2 通过类模板传参

size_t hasher(const Sales_data& sd) {
    return hash<string>() (sd.isbn());
}
//如果类中定义了operator==则只需重载哈希函数
bool eqOp(const Sales_data& lhs, const Sales_data& rhs) {    
    return lhs.isbn() == rhs.isbn();
}
int main() {
	using SD_multiset = unordered_multiset<Sales_data, decltype(hahser)*, decltype(eqOp)*>;   //C++11
    
    //参数是桶大小、哈希函数指针和相等性判断运算符指针
    SD_multiset bookstore(42, hasher, eqOp);   
}

为什么能通过上述代码完成自定义类型作为无序容器的关键字呢？

模板参数

在这里插入图片描述

以下是unordered_multiset类的成员类型，其中key_equal是typedef的第三个模板参数，该类创建的对象用于调用operator==比较两关键字是否相等。

member type	definition	notes
`key_type`	the first template parameter (`Key`)
`mapped_type`	the second template parameter (`T`)
`value_type`	`pair<const key_type,mapped_type>`
`hasher`	the third template parameter (`Hash`)	defaults to: `hash<key_type>`
`key_equal`	the fourth template parameter (`Pred`)	defaults to: equal_to<key_type>
`allocator_type`	the fifth template parameter (`Alloc`)	defaults to: `allocator<value_type>`
`reference`	`Alloc::reference`
`const_reference`	`Alloc::const_reference`
`pointer`	`Alloc::pointer`	for the default allocator: `value_type*`
`const_pointer`	`Alloc::const_pointer`	for the default allocator: `const value_type*`
`iterator`	a forward iterator to `value_type`
`const_iterator`	a forward iterator to `const value_type`
`local_iterator`	a forward iterator to `value_type`
`const_local_iterator`	a forward iterator to `const value_type`
`size_type`	an unsigned integral type	usually the same as size_t
`difference_type`	a signed integral type	usually the same as ptrdiff_t

equal_to类模板的实现：

在这里插入图片描述

equal_to类在容器中创建的对象：key_eq（其他无序容器均有）
在这里插入图片描述

对于unordered系列的构造函数，都有一个接受unsigned int参数的构造函数，表示哈希桶的大小，且不能被隐式类型转换

5 无序容器的管理操作

Buckets
- bucket_count
  
  Return number of buckets (public member function)
- max_bucket_count
  
  Return maximum number of buckets (public member function)
- bucket_size
  
  Return bucket size (public member type)
- bucket
  
  Locate element’s bucket (public member function)
Hash policy
- load_factor
  
  Return load factor (public member function)
- max_load_factor
  
  Get or set maximum load factor (public member function )
- rehash
  
  Set number of buckets (public member function )
- reserve
  
  Request a capacity change (public member function)

#include <unordered_map>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
	unordered_map<int, int> mp(8);
	cout << mp.bucket_count() << endl;    //output: 8
	mp.insert({ 1, 1 });
	mp.insert({ 2, 1 });
	mp.insert({ 3, 1 });
	mp.insert({ 11, 1 });
	for (int i = 0; i < 8; i++) {
		cout << mp.bucket_size(i) << ' ';     //output:0 0 0 0 1 0 2 1
	}
}

6 总结

有序容器（set multiset map multimap）底层为红黑树，使用比较函数来比较关键字，从而将元素按顺序存储。默认情况下，比较操作是采用关键字类型的**<运算符（operator <）**
无序容器（unordered_set unordered_multiset unordered_map unordered_multimap）底层是哈希桶，使用关键字类型的**==运算符(operator ==)和一个hash<key_type>类型的对象来计算哈希值从而组织对象（放入哪个哈希桶中）
，使用比较函数来比较关键字，从而将元素按顺序存储。默认情况下，比较操作是采用关键字类型的<运算符（operator <）*
无序容器（unordered_set unordered_multiset unordered_map unordered_multimap）底层是哈希桶，使用关键字类型的**==运算符(operator ==)**和一个hash<key_type>类型的对象来计算哈希值从而组织对象（放入哪个哈希桶中）