【C++学习】map和set

目录

一、关联式容器

二、键值对

三、树形结构的关联式容器

四、set

4.1 set的介绍

4.2 set的使用

4.2.1 set的模板参数列表

4.2.2 set的构造

4.2.3 set的容量

4.2.4 set修改操作

4.2.5 set的使用举例

五、map

5.1 map的介绍

5.2 map的使用

5.2.1 map的模板参数说明

5.2.2 map的构造

5.2.3 map的迭代器

5.2.4 map的容量与元素访问

5.2.5 map中元素的修改

六、multiset

6.1 multiset的介绍

6.2 multiset的使用

七、multimap

7.1 mulimap的介绍

7.2 mulimap的使用


一、关联式容器

        之前学习过的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

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 value key 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,即通过该英文单词,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。下面一依次介绍每一
个容器。

四、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. 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. 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. 6. set中查找某个元素,时间复杂度为:log_2 n;
  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。

4.2 set的使用

4.2.1 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
  • Compareset中元素默认按照小于来比较
  • Allocset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() );
[first, last) 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()和iterator end()
返回set中起始位置元素和最后一个位置的迭代器
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, 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 代器,即 crbegin
4.2.3 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
4.2.4 set修改操作
函数声明功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )
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 set 中已经 存在,返回 <x set 中的位置, false>
void erase ( iterator position )删除setposition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[first, last)区间中的元素
void swap ( set<Key, Compare, Allocator>&  st)
交换set中的元素
void clear ( )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
4.2.5 set的使用举例
#include <set>
void TestSet()
{// 用数组array中的元素构造setint 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));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;// 使用迭代器逆向打印set中的元素for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)cout << *it << " ";cout << endl;// set中值为3的元素出现了几次cout << s.count(3) << endl;
}

五、map

5.1 map的介绍

map的文档介绍
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. 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,keyvalue通过成员类型value_type绑定在一起,为其取别名称为pairtypedef 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))

5.2 map的使用

5.2.1 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
注意:在使用 map 时,需要包含头文件
5.2.2 map的构造
函数声明功能介绍
map()
构造一个空的map
5.2.3 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()
begin end 意义相同,但 cbegin cend 所指向的元素不 能修改
rbegin()和rend()
反向迭代器, rbegin end 位置, rend begin 位置,其 ++ -- 操作与 begin end 操作移动相反
crbegin()和crend()
rbegin rend 位置相同,操作相同,但 crbegin crend 指向的元素不能修改
5.2.4 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

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:key不存在时,operator[]用默认valuekey构造键值对然后插入,返回该默认valueat()函数直接抛异常

5.2.5 map中元素的修改
函数声明功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )
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 ( )map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x )
map 中插入 key 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
map 中插入 key 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 x 的键值在 map 中的个数,注意 map 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
#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;
}
【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(log_2 N);
  6. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

六、multiset

6.1 multiset的介绍

multiset的文档介绍
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. 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keykey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),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. 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. multiset中找某个元素,时间复杂度为O(log_2 N);
  7. multiset的作用:可以对元素进行排序。

6.2 multiset的使用

#include <set>
void TestSet()
{int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };// 注意:multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对multiset<int> s(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));for (auto& e : s)cout << e << " ";cout << endl;return 0;
}

七、multimap

7.1 mulimap的介绍

multimap的文档介绍
翻译:
  1. Multimaps是关联式容器,它按照特定的顺序,存储由keyvalue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. 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。keyvalue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keyvalue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 map 的唯一不同就是: map 中的 key 是唯一的,而 multimap key 是可以 重复的

7.2 mulimap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;
  4. 使用时与map包含的头文件相同。

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