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：vector、list、deque、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，在数据检索时比序列式容器效率更高。

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。

3. 树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶，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。下面介绍每一个容器。

4. set

4.1 set的介绍

set文档介绍
翻译：

1. set是按照一定次序存储元素的容器
2. 在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个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。
3. 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。
4. 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。
5. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

1. 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。
2. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
3. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
4. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
5. set中的元素默认按照小于来比较
6. set中查找某个元素，时间复杂度为：$lo{g}_{2}n$
7. set中的元素不允许修改(为什么?)
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

4.2 set的使用

4.2.1 set的模板参数

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
Compare：set中元素默认按照小于来比较，可自己定义仿函数
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

4.2.2 set的构造

函数声明	功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	用[first, last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);	set的拷贝构造

4.2.3 set的迭代器

函数声明	功能介绍
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器， 即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭 代器，即crbegin

4.2.4 set的容量

函数声明	功能介绍
bool empty ( ) const	检测set是否为空，空返回true，否则返回true
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

4.2.5 set修改操作

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )	在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的 键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的 位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经 存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first, iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的个数
iterator lower_bound (const value_type& x) const;	返回第一个大于等于x的值的位置
iterator upper_bound (const value_type& x) const	返回第一个大于x的值的位置

4.2.6 set的使用举例

#include <set>
void TestSet()
{
   // 用数组array中的元素构造set
	int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	cout << s.size() << endl;
	// 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可去重
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	int x, y;
	cin >> x >> y;
	auto leftIt = s.lower_bound(x);// lower_bound找第一个大于等于x的值的地址
	auto rightIt = s.upper_bound(y);// upper_bound找第一个大于y的值的地址
	s.erase(leftIt, rightIt);// 左闭右开区间。实现删除[x,y]的作用
	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	// set中值为3的元素出现了几次
	cout << s.count(3) << endl;
}

5. multiset

5.1 multiset的介绍

multiset文档介绍

[翻译]：

1. multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
2. 在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
3. 在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
4. multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意：

1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对

2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可

3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的

4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列

5. multiset中的元素不能修改

6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为$O(lo{g}_{2}N)$

7. multiset的作用：可以对元素进行排序

5.2 multiset的使用

此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，大家可参考set。

void test1()
{
	multiset<int> s;// multiset跟set的区别只有：set去重，multiset不去重
	s.insert(4);
	s.insert(5);
	s.insert(2);
	s.insert(1);
	s.insert(1);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(1);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(3);

	//multiset<int>::iterator it = s.begin();
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	int x, y;
	cin >> x >> y;
	auto leftIt = s.lower_bound(x);// lower_bound找第一个大于等于x的值的地址
	auto rightIt = s.upper_bound(y);//upper_bound找第一个大于y的地址
	s.erase(leftIt, rightIt);// 左闭右开区间。实现删除[x,y]的作用
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << s.count(1) << endl;// 返回个数
	cout << s.erase(1) << endl;// 删除后返回个数（为了跟multiset保持一致set的erase不返回bool而是返回数值

6. map

6.1 map的介绍

map文档介绍

翻译：

1. 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。
2. 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<const key, T> value_type;
3. 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
4. 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)。
5. 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。
6. 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))。

6.2 map的使用

6.2.1 map的模板参数说明

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

6.2.2 map的构造

函数声明	功能介绍
explicit map (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造空的map
map (InputIterator first, InputIterator last, const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	用[first, last)区 间中的元素构造map
map (const map& x);	map的拷贝构造

6.2.3 map的迭代器

函数声明	功能介绍
begin()和end()	begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()	与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不 能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其 ++和–操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend()	与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改

6.2.4 map的容量与元素访问

函数声明	功能简介
bool empty ( ) const	检测map中的元素是否为空，是返回 true，否则返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k)	返回去key对应的value

• 如果key在map对象中：查找key对应的val，能够修改val
• 如果key不在map对象中：插入key并让其对应那个类型的临时对象，也能够修改val

void test[]()
{// 统计水果出现的次数
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };

	// 第一种统计方法
	/*map<string, int> countMap;
	for (auto& str : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = countMap.find(str);
		if (it != countMap.end())
		{
			it->second++;
		}
		else
		{
			countMap.insert(make_pair(str, 1));
		}
	}*/
	
	// 第二种统计方法
	//map<string, int> countMap;
	//for (auto& str : arr)
	//{
	//	//pair<map<string, int>::iterator, bool> ret = countMap.insert(make_pair(str, 1));
	//	auto ret = countMap.insert(make_pair(str, 1));
	//	if (ret.second == false)
	//	{
	//		ret.first->second++;
	//	}
	//}

	// 方法三：巧用[]
	map<string, int> countMap;
	for (auto& str : arr)
	{
		countMap[str]++;// 第一次插入时
	}

	for (const auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常

6.2.5 map中元素的修改

函数声明	功能简介
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )	在map中插入键值对x，注意x是一个键值 对，返回值也是键值对：iterator代表新插入 元素的位置，bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map<Key,T,Compare,Allocator>& mp )	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x )	在map中插入key为x的元素，找到返回该元 素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key为x的元素，找到返回该元 素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意 map中key是唯一的，因此该函数的返回值 要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来 检测一个key是否在map中

#include <string>
#include <map>
void TestMap()
{
    map<string, string> m;
    // 向map中插入元素的方式：
    // 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对
    m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));
    // 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对
    m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));
    // 借用operator[]向map中插入元素
    /*
    operator[]的原理是：
    用<key, T()>构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中
    如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器
    如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器
    operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回
    */
    // 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引用结果，
    m["apple"] = "苹果";
    // key不存在时抛异常
    //m.at("waterme") = "水蜜桃";
    cout << m.size() << endl;
    // 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列
    for (auto& e : m)
    cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
    cout << endl;
    // map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
    auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));
    if (ret.second)
    	cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;
    else
    	cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->"<< ret.first->second <<" 插入失败"<< endl;
    // 删除key为"apple"的元素
    m.erase("apple");
    if (1 == m.count("apple"))
    cout << "apple还在" << endl;
    else
    cout << "apple没了" << endl;
}

7. multimap

7.1 multimap的介绍

multimap文档介绍

翻译：

1. Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
2. 在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value_type;
3. 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。

7.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：

1. multimap中的key是可以重复的。
2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
3. multimap中没有重载operator[]操作（因为key和val不是唯一）
4. 使用时与map包含的头文件相同：