大家好，昨天我们学习了二叉搜索树，今天我们来学习一下map和set容器的使用。

目录

1. map和set的使⽤

1.1  序列式容器和关联式容器

2. set系列的使⽤

2.1 参考文档

2.2 set类的介绍

2.3 set的构造和迭代器 

2.4 set的增删查

2.5 insert和迭代器遍历使⽤样例： 

2.6 find和erase使⽤样例：

2.7 multiset和set的差异 

2.8 关于set的题目

3. map系列的使⽤

3.1 map和multimap参考⽂档

3.2 map类的介绍

3.3 pair类型介绍 

3.4 map的构造

 3.5 map的增删查

3.6 map的数据修改

3.7 multimap和map的差异

 3.8 关于map的题目

1. map和set的使⽤

1.1  序列式容器和关联式容器

今天我们学习的map和set是一种新容器：

1. 前⾯我们已经接触过STL中的部分容器如：string、vector、list、deque、array、forward_list等，这些容器统称为序列式容器，因为逻辑结构为线性序列的数据结构，两个位置存储的值之间⼀般没有紧密的关联关系，⽐如交换⼀下，他依旧是序列式容器。顺序容器中的元素是按他们在容器中的存储位置来顺序保存和访问的。

2. 关联式容器也是⽤来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器逻辑结构通常是⾮线性结构，两个位置有紧密的关联关系，交换⼀下，他的存储结构就被破坏了。顺序容器中的元素是按关键字来保存和访问的。关联式容器有map/set系列和unordered_map/unordered_set系列。

3. 本章节讲解的map和set底层是红⿊树，红⿊树是⼀颗平衡⼆叉搜索树。set是key搜索场景的结构，map是key/value搜索场景的结构。

2. set系列的使⽤

2.1 参考文档

为了了解set的使用，我使用的文档是这个：
https://legacy.cplusplus.com/reference/set/

2.2 set类的介绍

1. set的声明如下，T就是set底层关键字的类型

2. set默认要求T⽀持⼩于⽐较，如果不⽀持或者想按⾃⼰的需求⾛可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数

3. set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果需要可以⾃⼰实现内存池，传给第三个参数。

4. ⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。

5. set底层是⽤红⿊树实现，增删查效率是 ，迭代器遍历是⾛的搜索树的中序，所以是有序

的。 O ( logN )

6. 前⾯部分我们已经学习了vector/list等容器的使⽤，STL容器接⼝设计，⾼度相似，所以这⾥我们就不再⼀个接⼝⼀个接⼝的介绍，⽽是直接带着⼤家看⽂档，挑⽐较重要的接⼝进⾏介绍。

2.3 set的构造和迭代器 

set的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。

set的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，set的iterator和const_iterator都不⽀持迭代器修改数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。

 对于(1)，这是默认构造函数，(2)是区间构造，可以是迭代器区间，(3)是拷贝构造，(5)是列表构造：

int main()
{//默认构造set<int> s1;//区间构造int arr[] = { 10,20,30,40,50 };set<int> s2(arr, arr + 5);//拷贝构造set<int> s3(s2);//迭代器区间构造set<int> s4(s3.begin(), s3.end());//void insert(initializer_list<value_type> il);//sort，insert，add可以看作是列表，进行列表插入set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };//隐式类型转换，把sort，insert，add转为set对象再拷贝构造给strsetset<string> strset({ "sort", "insert", "add" });//走构造函数return 0;
}

// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();

对于set的迭代器，支持访问但不支持修改。

2.4 set的增删查

和二叉搜索树一样，支持增删查，但缺不支持改。

// 单个数据插⼊，如果已经存在则插⼊失败
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert (initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
// 查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find (const value_type& val);
// 查找val，返回Val的个数
size_type count (const value_type& val) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase (const_iterator position);
// 删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase (const value_type& val);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等val位置的迭代器
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
// 返回⼤于val位置的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val) const;

2.5 insert和迭代器遍历使⽤样例： 

int main()
{// 去重+升序排序set<int> s;// 去重+降序排序（给⼀个⼤于的仿函数）//set<int, greater<int>> s;s.insert(5);s.insert(2);s.insert(7);s.insert(5);//set<int>::iterator it = s.begin();auto it = s.begin();while (it != s.end()){// error C3892: “it”: 不能给常量赋值// *it = 1;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 插⼊⼀段initializer_list列表值，已经存在的值插⼊失败s.insert({ 2,8,3,9 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };// 遍历string⽐较ascll码⼤⼩顺序遍历的for (auto& e : strset){cout << e << " ";}cout << endl;
}

因为set迭代器不支持修改数据，所以给*it赋值会报错。

2.6 find和erase使⽤样例：

int main()
{set<int> s = { 4,2,7,2,8,5,9 };for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;// 删除最⼩值s.erase(s.begin());for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;// 直接删除xint x;cin >> x;int num = s.erase(x);if (num == 0){cout << x << "不存在！" << endl;}for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;// 直接查找在利⽤迭代器删除xcin >> x;auto pos = s.find(x);if (pos != s.end()){s.erase(pos);}else{cout << x << "不存在！" << endl;}for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;// 算法库的查找 O(N)auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);// set⾃⾝实现的查找 O(logN)auto pos2 = s.find(x);// 利⽤count间接实现快速查找cin >> x;if (s.count(x)){cout << x << "在！" << endl;}else{cout << x << "不存在！" << endl;}return 0;
}

迭代器是按照set的中序遍历走的，所以set中的最小值就是迭代器的起始位置，也就是begin()，当我们输入值进行删除时，返回值是该数在set中的个数，对于使用迭代器进行删除，在删除后，迭代器会失效。相比算法库的查找和set自身的查找，自身的查找是根据二叉搜索树来进行的，所以最多查找logN次，而算法库的查找是一个一个进行查找，最多查找N次。

int main()
{std::set<int> myset;for (int i = 1; i < 10; i++)myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90for (auto e : myset){cout << e << " ";}cout << endl;// 实现查找到的[itlow,itup)包含[30, 60]区间// 返回 >= 30auto itlow = myset.lower_bound(30);// 返回 > 60auto itup = myset.upper_bound(60);// 删除这段区间的值myset.erase(itlow, itup);for (auto e : myset){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

在查找这里还有两个函数lower_bound 和 upper_bound，第一个是查找大于等于给定数值的迭代器，第二个是查找大于给定数值的迭代器，通过erase可以删除这两个迭代器区间内的值。

我们删除了30到60之间的所有值。

2.7 multiset和set的差异 

int main()
{multiset<int> s = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };auto it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 相⽐set不同的是，x可能会存在多个，find查找中序的第⼀个int x;cin >> x;auto pos = s.find(x);while (pos != s.end() && *pos == x){cout << *pos << " ";++pos;}cout << endl;// 相⽐set不同的是，count会返回x的实际个数cout << s.count(x) << endl;// 相⽐set不同的是，erase给值时会删除所有的xs.erase(x);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

class Solution {
public:vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());vector<int> tmp;auto it1=s1.begin();auto it2=s2.begin();while(it1!=s1.end()&&it2!=s2.end()){if(*it1==*it2){tmp.push_back(*it1);it1++;it2++;}else if(*it1<*it2){it1++;}else{it2++;}}return tmp;}
};

class Solution {
public:ListNode *detectCycle(ListNode *head) {set<ListNode*> s;ListNode* cur=head;while(cur){if(s.count(cur)==0){s.insert(cur);cur=cur->next;}else{return cur;}}return nullptr;}
};

3.3 pair类型介绍 

map底层的红⿊树节点中的数据，使⽤pair<Key, T>存储键值对数据。

typedef pair<const Key, T> value_type;
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){}template<class U, class V>pair(const pair<U, V>& pr) : first(pr.first), second(pr.second){}
};
template <class T1, class T2>
inline pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{return (pair<T1, T2>(x, y));
}

map中的Key和T分别对应pair中的first和second，pair是一个模板类，make_pair是一个模板函数，该函数能把两个类型的数据整合成一个pair类型的数据。

3.4 map的构造

map的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。

map的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按key的升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，map⽀持修改value数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构

// empty (1) ⽆参默认构造
explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type & = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
map(const map& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
map(initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();

 3.5 map的增删查

map增接⼝，插⼊的pair键值对数据，跟set所有不同，但是查和删的接⼝只⽤关键字key跟set是完全类似的，不过find返回iterator，不仅仅可以确认key在不在，还找到key映射的value，同时通过迭代还可以修改value

// 单个数据插⼊，如果已经key存在则插⼊失败,key存在相等value不相等也会插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const key_type& k);
// 查找k，返回k的个数
size_type count(const key_type& k) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);
// 删除k，k存在返回0，存在返回1
size_type erase(const key_type& k);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);// 返回⼤于等k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type & k);
// 返回⼤于k位置的迭代器
const_iterator lower_bound(const key_type& k) const;

 对于insert函数，返回值是一个pair类型的数据，它的first是迭代器，second是插入是否成功。对于插入成功的数据，返回的是该值的迭代器，map的插入只和key有关，只要key相同，value是否相同都不会进行插入，所以当key值存在时，插入失败，此时first是map中该数据的迭代器。

3.6 map的数据修改

前⾯提到map⽀持修改mapped_type 数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。

map第⼀个⽀持修改的⽅式时通过迭代器，迭代器遍历时或者find返回key所在的iterator修改，map还有⼀个⾮常重要的修改接⼝operator[]，但是operator[]不仅仅⽀持修改，还⽀持插⼊数据和查找数据，所以他是⼀个多功能复合接⼝

需要注意从内部实现⻆度，map这⾥把我们传统说的value值，给的是T类型，typedef为

mapped_type。⽽value_type是红⿊树结点中存储的pair键值对值。⽇常使⽤我们还是习惯将这⾥的T映射值叫做value。

map中有一个运算符重载函数operator[]，该函数不仅可以修改，还可以进行插入和查找。

// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });iterator it = ret.first;return it->second;
}

 该运算符重载和前面的insert有关，当我们输入一个key值后，会进行insert：

1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象

first是key所在结点的迭代器，second是false

2、如果key不在在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象

first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true

3、也就是说⽆论插⼊成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭代器，那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现operator[]

1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值，同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引⽤修改返映射值。所以[]具备了插⼊+修改功能 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的迭代器，返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，所以[]具备了查找+修改的功能

int main()
{// initializer_list构造及迭代遍历map<string, string> dict = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"},{"insert", "插⼊"},{ "string", "字符串" } };//map<string, string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){//cout << (*it).first <<":"<<(*it).second << endl;// map的迭代基本都使⽤operator->,这⾥省略了⼀个->// 第⼀个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第⼆个箭头是结构指针解引⽤取pair数据//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}cout << endl;// insert插⼊pair对象的4种⽅式，对⽐之下，最后⼀种最⽅便pair<string, string> kv1("first", "第⼀个");dict.insert(kv1);dict.insert(pair<string, string>("second", "第⼆个"));dict.insert(make_pair("sort", "排序"));dict.insert({ "auto", "⾃动的" });// "left"已经存在，插⼊失败dict.insert({ "left", "左边，剩余" });// 范围for遍历for (const auto& e : dict){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;string str;while (cin >> str){auto ret = dict.find(str);if (ret != dict.end()){cout << "->" << ret->second << endl;}else{cout << "⽆此单词，请重新输⼊" << endl;}}// erase等接⼝跟set完全类似，这⾥就不演⽰讲解了return 0;
}

 对于4种insert的方法，第一种是使用pair对象进行插入，第二种是使用匿名对象进行插入，第三种是通过函数make_pair的返回值进行插入，第四种是使用单参数的隐式类型转换，相比之下，第四种最简洁。

3.7 multimap和map的差异

multimap和map的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multimap⽀持关键值key冗余，那么

insert/find/count/erase都围绕着⽀持关键值key冗余有所差异，这⾥跟set和multiset完全⼀样，⽐如find时，有多个key，返回中序第⼀个。其次就是multimap不⽀持[]，因为⽀持key冗余，[]就只能⽀持插⼊了，不能⽀持修改。

 3.8 关于map的题目

138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）

随机链表的复制：

class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {map<Node*,Node*> nodemap;Node* cur=head;Node* copyhead=nullptr,* copytail=nullptr;while(cur){if(copyhead==nullptr){copytail=copyhead=new Node(cur->val);}else{copytail->next=new Node(cur->val);copytail=copytail->next;}nodemap[cur]=copytail;cur=cur->next;}cur=head;Node* copy=copyhead;while(cur){if(cur->random==nullptr){copy->random=nullptr;}else{copy->random=nodemap[cur->random];}cur=cur->next;copy=copy->next;}return copyhead;}
};

692. 前K个高频单词 - 力扣（LeetCode）

前k个高频词：

class Solution {
public:struct compare{bool operator()(const pair<string,int>& p1,const pair<string,int>& p2){return p1.second>p2.second||(p1.second==p2.second&&p1.first<p2.first);}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {map<string,int> m;for(auto& e: words){m[e]++;}vector<pair<string,int>> v(m.begin(),m.end());sort(v.begin(),v.end(),compare());vector<string> vv;for(int i=0;i<k;i++){vv.push_back(v[i].first);}return vv;}
};