c++——map和set的使用

news2025/7/7 8:52:34

目录

一. 关联式容器

二. 键值对

三. 树形结构

Ⅰ. set

1. set的介绍

2. set的模版参数

3. set的构造

4. set的迭代器

5. set的容量

6. set其他操作

7. set的使用代码

Ⅱ. map

1. map的介绍

2. map的模板参数说明

3. map的构造

4. map的迭代器

5. map的容量

6. map的其他操作

7. map的使用代码

Ⅲ. multiset

1. mutiset的介绍

2. multiset的使用

Ⅳ. multimap

1. multimap的介绍

2. multimap的使用

四. 底层结构

一. 关联式容器

STL中的部分容器，比如：vector、list、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。

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

二. 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)
    {}
};

三. 树形结构

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。

Ⅰ. set

1. set的介绍

set文档介绍

  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：

  1. 与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对，set中只放 value，但在底层实际存放的是由构成的键值对。
  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(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：logN
  7. set中的元素不允许修改
  8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

2. set的模版参数

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储的键值对。

Compare：set中元素默认按照小于来比较

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

3. set的构造

三个构造函数的功能分别是：构造空的set，用[first, last)区间中的元素构造set，set的拷贝构造

4. set的迭代器

由于set的迭代器是双向迭代器，所以有逆置迭代器，以上迭代器的功能分别对应：

返回set中起始位置元素的迭代器；返回set中最后一个元素后面的迭代器；返回set第一个元素的反向迭代器即；返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器即；返回set中起始位置元素的const迭代器；返回set中最后一个元素后面的const迭代器；返回set第一个元素的反向const迭代器；返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器

5. set的容量

两个容量函数的功能分别是：检测set是否为空，空返回true，否则返回true；返回set中有效元素的个数

6. set其他操作

函数声明功能介绍
pair<iterator,bool> insert(const value_type& x )在set中插入元素x，实际插入的是构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set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& val) const返回>=查找值的迭代器，该值存在返回等于该值的迭代器，否则返回大于距离当前值最近值的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val) const返回>查找值的迭代器，返回大于距离当前值最近值的迭代器

7. set的使用代码

使用insert插入并输出后会发现set会进行去重和排序处理

    //set会进行去重和排序处理
	int a[] = { 1,4,7,2,9,2,9,1,0,2,7,3,4 };
	set<int> s;
	for (const auto& e : a)
	{
		s.insert(e);
	}
	for (const auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

给erase传值和传迭代器删除有所区别

    //删除成功返回1
	cout << s.erase(3) << endl;
	for (const auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//尽管该元素已经被删除了或者不存在了，也不会报错
	//删除失败返回0
	cout << s.erase(3) << endl;

	//使用迭代器删除必须得有该元素，否则会报错
	set<int>::iterator it = s.begin();
	auto f = s.find(3);
	s.erase(f);

count不仅和可以计算元素有多少个，在set中由于set有去重功能，所以count也可以用来查找元素和find的功能一致，但是比find方便

//find查找元素
set<int>::iterator it = find(2);
cout << *it << endl;
//由于set有去重功能，所以count也能用来查找元素，比find方便
if(s.count(1))
    cout << "yes" << endl;
else
    cout << "no" << endl;

lower_bound和upper_bound则能确定[x, y]区间

    //返回的是>=查找值的迭代器
	auto lt = s.lower_bound(3);
	cout << *lt << endl;
	//返回的是>查找值的迭代器
	auto ut = s.upper_bound(9);
	cout << *ut << endl;
	
    /*
        //也能删除[x, y]区间的值
        s.erase(lt, ut);
    */
	for (const auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

Ⅱ. map

1. map的介绍

map的文档简介

  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))。

2. 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

注意：在使用map时，需要包含头文件。

3. map的构造

三个构造函数的功能分别是：构造空的map，用[first, last)区间中的元素构造map，map的拷贝构造

4. map的迭代器

由于map的迭代器是双向迭代器，所以有逆置迭代器，以上迭代器的功能分别对应：

返回map中起始位置元素的迭代器；返回map中最后一个元素后面的迭代器；返回map第一个元素的反向迭代器即；返回map最后一个元素下一个位置的反向迭代器即；返回map中起始位置元素的const迭代器；返回map中最后一个元素后面的const迭代器；返回map第一个元素的反向const迭代器；返回map最后一个元素下一个位置的反向const迭代器

5. map的容量

 功能分别是检测map中的元素是否为空，是返回 true，否则返回false；返回map中有效元素的个数

6. map的其他操作

函数声明功能简介
mapped_type& operator[] (const key_type& k)返回去key对应的value
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
iterator lower_bound (const value_type& val) const返回>=查找值的迭代器，该值存在返回等于该值的迭代器，否则返回大于距离当前值最近值的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val) const返回>查找值的迭代器，返回大于距离当前值最近值的迭代器

这里的operator[]与vector不同，如下图所示为operator[]的原型和解释：

需要注意的是这里同样也有at()(该函数不常用)与operator[]对应，以下是两者的区别：
在元素访问时，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。

7. map的使用代码

map的插入可以有好几种方式插入，使用迭代器遍历后打印因为返回的pair有所区别

    //构造map
	map<string, string> m;
	m.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	pair<string, string> kv("right", "右边");
	m.insert(kv);
	m.insert(make_pair("left", "左边"));

	//访问map的元素
	map<string, string>::iterator mit = m.begin();
	while (mit != m.end())
	{
		//返回的是pair，迭代器接受的是pair，需要逐个访问pair里的元素
		cout << mit->first << " " << mit->second << endl;
		++mit;
	}
	cout << endl;
	//范围for访问，访问的是pair
	for (const auto& e : m)
	{
		cout << e.first << " " << e.second << endl;
	}
	cout << endl;

用统计水果次数的例子来验证map的接口特性

    //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" };
	map<string, int> m2;
	
    //通过遍历数组在map中寻找是否有这个水果来计算
    for (const auto& e : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = m2.find(e);
		if (it != m2.end())
			it->second++;
		else
			m2.insert(make_pair(e, 1));
	}
    
	//insert返回值是pair利用返回值查找元素是否存在，存在则该元素++
	//以下是使用了范围for的方式计算，本质和迭代器一致
    for (const auto& e : arr)
	{
		//访问迭代器中的int进行++
		pair<map<string, int>::iterator, bool> ret = m2.insert(make_pair(e, 1));
		if (!ret.second)
			ret.first->second++;
	}

map的[]的使用，用[]来统计水果的次数

    for (const auto& e : arr)
   		m2[e]++;
	for (const auto& e : m2)
	{
		cout << e.first << " " << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
[]等价于 (*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second
insert(make_pair(k, mapped_type())).first
即取返回值pair的第一个参数迭代器
转化为以下代码：
pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));
*(ret.first).second(ret.first->second)这里取的就是int
mapped_type()是模板参数构造的匿名对象

总结：

  1. map中的的元素是键值对
  2. map中的key是唯一的，并且不能修改
  3. 默认按照小于的方式对key进行比较
  4. map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列
  5. map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高O(logN)
  6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

Ⅲ. multiset

1. mutiset的介绍

multiset文档介绍

  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(logN)
  7. multiset的作用：可以对元素进行排序

2. multiset的使用

 multiset和set使用一致，只是multiset不去重

    //multiset只进行排序处理
	multiset<int> s;
	int a[] = { 1,4,7,2,9,2,9,1,0,2,7,3,4 };
	for (const auto& e : a)
	{
		s.insert(e);
	}
	for (const auto& e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//count返回数据个数
	cout << s.count(0) << endl;
	
	//erase返回删除的个数
	cout << s.erase(0) << endl;

multiset的find当遇到多个相同的值时返回的是中序的第一个

    //多个相同的值返回中序的第一个
	auto pos = s.find(4);
	while (pos != s.end())
	{
		cout << *pos << " ";
		++pos;
	}
	cout << endl;

Ⅳ. multimap

1. multimap的介绍

multimap文档介绍

  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，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。

2. multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。

但是需要注意几个点：

  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(出现多个相同的val不知道返回哪个)。
  4. 使用时与map包含的头文件相同

通过以下代码发现只是能出现重复元素：

    multimap<string, string> ms;
	ms.insert(make_pair("left", "左边"));
	ms.insert(make_pair("left", "剩余"));

四. 底层结构

前面对map/multimap/set/multiset进行了简单的介绍，在其文档介绍中发现，这几个容器有个共同点是：其底层都是按照二叉搜索树来实现的，但是二叉搜索树有其自身的缺陷，假如往树中插入的元素有序或者接近有序，二叉搜索树就会退化成单支树，时间复杂度会退化成O(N)，因此map和set等关联式容器的底层结构是对二叉树进行了平衡处理，即采用平衡树来实现。而他们的底层结构是同一颗红黑树。

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