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
- 3.1.2 set的使用
- 3.2 map
- 3.2.1 map的介绍
- 3.2.2 map的使用
- 3.3 multiset
- 3.3.1 multiset的介绍
- 3.3.2 multiset的使用
- 3.4 multimap
- 3.4.1 multimap的介绍
- 3.4.2 multimap的使用
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、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
,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,即通过查找该单词,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。下面依次介绍每一个容器。
3.1 set
3.1.1 set的介绍
set文档介绍
要点:
- set是按照一定次序存储元素的容器
- 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。 - 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。 - 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。 - set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
注意:
- 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。 - 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
- set中查找某个元素,时间复杂度为: l o g 2 n log_2 n log2n
- set中的元素不允许修改(为什么?)
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
3.1.2 set的使用
- set的模板参数列表
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;
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。 - 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 |
代码例子如下:
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v;for (int i = 10; i >= 0; --i){v.push_back(i);}set<int> s1;set<int> s2(v.begin(), v.end());set<int> s3 = s2;for (auto e : s3){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}
编译结果为:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
- 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 |
代码如下:
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v;for (int i = 10; i >= 0; --i){v.push_back(i);}set<int> s(v.begin(), v.end());set<int>::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;set<int>::const_iterator tp = s.begin();while (tp != s.end()){cout << *tp << " ";++tp;}cout << endl;set<int>::reverse_iterator sp = s.rbegin();while (sp != s.rend()){cout << *sp << " ";++sp;}cout << endl;set<int>::const_reverse_iterator sh = s.rbegin();while (sh != s.rend()){cout << *sh << " ";++sh;}cout << endl;set<int>::const_reverse_iterator ssh = s.crbegin();while (ssh != s.crend()){cout << *ssh << " ";++ssh;}return 0;
}
- 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 |
代码如下:
int main()
{vector<int> v;for (int i = 10; i >= 0; --i){v.push_back(i);}set<int> s1;set<int> s2(v.begin(), v.end());set<int> s3 = s2;for (auto e : s3){cout << e << " ";}cout << endl;cout << s1.empty() << endl;cout << s3.empty() << endl;cout << s1.size() << endl;cout << s3.size() << endl;return 0;
}
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1
0
0
11
- 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 |
set的使用具体:
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{/*srand(time(0));*/vector<int> v1;/*for (int i = 0; i < 10; ++i){int tmp = rand();v1.push_back(tmp);}*/for (int i = 0; i < 10; ++i){v1.push_back(10 - i);}set<int> s1(v1.begin(), v1.end());//v里面元素为:1 2 3 4 5 6 7 8 9 10cout << s1.insert(5).second << endl;//5存在,插入失败,第二个位置返回false(0);cout << *s1.insert(5).first << endl;//第一个位置返回指向5位置所在的迭代器,故打印时需要解引用(*);s1.erase(5);//删除第五个元素,即为5for (auto e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;//5已经被删除s1.insert(100);for (auto e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;cout << s1.erase(100) << endl;//删除set中对应类型的元素,删除100;返回被删除的个数1for (auto e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;s1.erase(++s1.begin(), --s1.end());//除了头尾全部删除for (auto e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;int arr[] = { 1,2,3,4,5,6 };set<int> first(arr, arr + 3);set<int> second(arr + 3, arr + 6);first.swap(second);//直接交换两个set中的元素for (auto e : first)cout << e << " ";cout << endl;second.clear();cout << second.empty() << endl;cout << *first.find(5) << endl;//返回的是指向5的迭代器,进行解引用打印输出。cout << first.count(7) << endl;//返回7的个数,为零个。return 0;
}
运行结果如下:
0
5
1 2 3 4 6 7 8 9 10
1 2 3 4 6 7 8 9 10 100
1
1 2 3 4 6 7 8 9 10
1 10
4 5 6
1
5
0
3.2 map
3.2.1 map的介绍
map的文档介绍
要点:
- 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。 - 在map中,键值key通常用于排序和唯一地标识元素,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; - 在内部,map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
- 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)。 - 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。
- 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))。
3.2.2 map的使用
- 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。 - map的构造
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
map() | 构造一个空的map |
- 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() +cend() | 与begin和end意义相同,但cbegin和cend所指向的元素不能修改 |
rbegin()+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()+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 |
代码如下:
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;int main()
{map<string, int> mp1;mp1["jiejie"] = 24;mp1["knight"] = 23;mp1["369"] = 21;map<string, int>::iterator it = mp1.begin();while (it != mp1.end()){cout << it->first << " ";++it;}cout << endl;map<string, int>::const_iterator tp = mp1.cbegin();//cbegin() 和 cend() 返回的是 const 迭代器,这意味着你不能通过这些迭代器更改容器中的元素。//如果你需要更改容器中的元素,你应该使用 begin() 和 end() 函数,它们返回的是非 const 迭代器。while (tp != mp1.cend()){cout << tp->first << " ";++tp;}cout << endl;map<string, int>::reverse_iterator r1 = mp1.rbegin();while (r1 != mp1.rend()){cout << r1->first << " ";++r1;}cout << endl;map<string, int>::const_reverse_iterator d1 = mp1.crbegin();while (d1 != mp1.crend()){cout << d1->first << " ";d1++;}return 0;
}
运行结果如下:
369 jiejie knight
369 jiejie knight
knight jiejie 369
knight jiejie 369
- map的容量与元素访问
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
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 |
示例代码如下:
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;int main()
{map<string, int> mp;cout << mp.empty() << endl;//1:为空mp.insert(make_pair("jiejie", 2021));cout << mp.size() << endl;//1个mp["ning"] = 2018;
//问题:当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题?
//如果 k 与容器中元素的键匹配,则该函数返回对其映射值的引用。mp["leave"];
//如果 k 与容器中任何元素的键不匹配,则该函数将插入具有该键的新元素,并返回对其映射值的引用。
//请注意,这始终将容器大小增加 1,即使没有为元素分配映射值(默认为零,就像上面添加的leave一样)//(元素是使用其默认构造函数构造的)。for (auto e : mp){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}return 0;
}
运行结果如下:
1
1
jiejie:2021
leave:0
ning:2018
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
。
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 ( constkey_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 |
代码如下:
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;#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;elsecout << "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;elsecout << "apple被吃了" << endl;
}int main()
{TestMap();return 0;
}
运行结果如下:
3
apple--->苹果
banan--->香蕉
peach--->桃子键值为peach的元素已经存在:peach--->桃子 插入失败
apple被吃了
【总结】
- map中的的元素是键值对
- map中的key是唯一的,并且不能修改
- 默认按照小于的方式对key进行比较
- 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
- map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高 O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
- 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。
3.3 multiset
3.3.1 multiset的介绍
multiset文档介绍
要点:
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
注意: - multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是,multiset中的元素可以重复,set中value是唯一的
- 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历,可以得到有序的序列
- multiset中的元素不能修改
- 在multiset中找某个元素,时间复杂度为 O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
- multiset的作用:可以对元素进行排序
3.3.2 multiset的使用
此处只简单演示set与multiset的不同,其他接口与set相同,同学们可参考set。
#include<iostream>
#include<set>
#include<string>
using namespace std;int main()
{int array[] = { 1,4,3,9,6,4,5,7,7,3 };multiset<int> s1(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));for (auto& e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}
运行结果如下:
1 3 3 4 4 5 6 7 7 9
3.4 multimap
3.4.1 multimap的介绍
multimap文档介绍
总结:
- multimap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。 - 在multimap中,通常按照key排序和唯一地标识元素,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; - 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。 - 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。 - 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
。
3.4.2 multimap的使用
multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的。
注意
:
- multimap中的key是可以重复的。
- multimap中的元素默认将key按照小于来比较。
- multimap中没有重载operator[]操作,因为:对于std::multimap来说,关键的问题是它允许多个相同的键。因此,对于给定的键,你可能会有多个不同的值。在这种情况下,使用operator[]可能会产生混淆。
- 使用时与map包含的头文件相同。
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;int main()
{multimap<string, string> mp;//multimap中的key是const类型的//不可修改。mp.insert(make_pair<const string,string>("chinese", "中国人"));mp.insert(make_pair < const string, string>("chinese", "中文"));mp.insert(make_pair < const string, string>("hello", "你好"));for (auto e : mp){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}return 0;
}
运行结果:
chinese:中国人
chinese:中文
hello:你好