【C++】map和set的使用

一. 关联式容器

二.键值对

三.树形结构的关联式容器

四.map和set在OJ中的使用

一. 关联式容器

序列式容器:已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list(C++11)等，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<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关联式容器：树型结构与哈希结构

树型结构的关联式容器主要有四种：set、multiset、map、multimap

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，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍这四个容器~

1.set

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

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: 仿函数，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

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

默认构造、迭代器区间构造、拷贝构造（深拷贝）:

int main()
{set<int> s;//默认构造int arr[] = { 1,2,3,4,5 };set<int> s1(arr, arr + 5);//区间构造set<int> s2(s1);//拷贝构造for (auto e : s1) cout << e << " "; cout << endl;for (auto e : s2) cout << e << " "; cout << endl;
}

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() 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

测试代码：

int main()
{set<int> s;s.insert(1);s.insert(2);s.insert(3);s.insert(4);s.insert(5);s.insert(1);s.insert(2);//排序 + 去重auto it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}

默认是升序排的，如果是想要降序的话：使用仿函数： less/greater

set的修改操作

下面写一点代码感受一下：

2.multiset

multiset与set的区别：multiset中的元素可以重复，而set中是唯一的

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)

这里只简单演示set与multiset的不同，其他接口与set相同：

另外，如果有多个值相同，find返回的值是中序的第一个：

3.map

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;）
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)

pair主要的作用是将两个数据组合成一个数据，两个数据可以是同一类型或者不同类型

map的模板参数

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，默认按照小于来比较

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)

map的构造

int main()
{map<int, int> m;int arr[] = { 1,1,1,2,3,4,5,6 };for (auto& e : arr){m.insert(make_pair(e, e));}map<int, int>  m1(m.begin(), m.end());//迭代器区间构造for (auto& e : m1)cout << e.first << ":" << e.second << " "; cout << endl;map<int, int>   m2(m1);//拷贝构造for (auto& e : m2)cout << e.first << ":" << e.second << " "; cout << endl;
}

map的修改

int main()
{map<string, string> dict;//匿名对象写法dict.insert(pair<string, string>("排序", "sort"));//使用make_pairdict.insert(make_pair("左边", "left"));//make_pair:函数模板，不需要像pair一样显示声明 //类型，而是通过传参自动推导//使用 { }dict.insert({ "右边", "right" });auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){//(*it).firstcout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}cout << endl;for (auto& e : dict){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}
}

下面用map实现一下 统计次数

第一种：迭代器

int main()
{//统计水果出现的次数string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "苹果", "西瓜", "苹果" };map<string, int> countMap;for (auto& e : arr){auto it = countMap.find(e);if (it == countMap.end()){countMap.insert(make_pair(e, 1));//不存在就插入，记为1}else{it->second++;//存在就令次数++}}for (auto& kv : countMap){cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;}
}

第二种：map[]的使用

int main()
{   //统计水果出现的次数string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "苹果", "西瓜", "苹果" };map<string, int> countMap;for (auto& e : arr){countMap[e]++;}for (auto& kv : countMap){cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;}
}

[ ]有三个功能： 1.插入 2.修改 3.查找

注意：使用[ ] 时要小心，如果查找不在的话它会自己插入

4.multimap

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
所以在 multimap里并没有[ ]

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
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

测试代码如下：

int main()
{multimap<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左边"));dict.insert(make_pair("left", "左边"));dict.insert(make_pair("right", "右边"));dict.insert(make_pair("sort", "排序"));dict.insert(make_pair("left", "离开"));map<string, int> countMap;for (auto& kv : dict){cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;}cout << endl;
}

同样的，multimap也是可以统计次数的：

int main()
{string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "苹果", "西瓜", "苹果" };multimap<string, int> countMap;for (auto& e : arr){auto it = countMap.find(e);if (it == countMap.end()){countMap.insert(make_pair(e, 1));}else{it->second++;}}for (auto& kv : countMap){cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;}
}

下面我们就通过做两个题目来感受一下set和map在OJ中的使用吧~

四.map和set在OJ中的使用

1.两个数组的交集

. - 力扣（LeetCode）

思路：利用set 排序+去重

将2个数组放入set，然后用双指针进行比较：小的++，相等就同时++，直到其中一个走完就结束了

class Solution 
{
public:vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {vector<int> ret;//最终返回的数组//排序＋去重set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());//双指针auto it1 = s1.begin();auto it2 = s2.begin();while(it1!=s1.end() && it2!=s2.end())//有一个结束就结束了{if(*it1 == *it2){ret.push_back(*it1);it1++;it2++;}else if(*it1>*it2){it2++;}else{it1++;}}return ret;}
};

2.前K个高频单词

. - 力扣（LeetCode）

这里要注意的是：

1.map的迭代器不是随机迭代器而是双向迭代器，所以如果要用sort排序是不能用map的，我们可以考虑用vector将map已经从单词表读入的数据拷过来~

2.我们这里排序的依据是单词出现的次数，如果我们直接排序，默认pair<string,int>是按照单词的各个字母的ASCII值来排的，显然不是我们想要的效果，以及我们要按单词频率从高到低实现一个降序，所以我们可以考虑写一个仿函数

class Solution 
{
public:struct Compare{bool operator()(pair<string,int>& x,pair<string,int>& y){//第二个条件很重要，不加就无法满足不同的单词有相同出现频率按字典顺序这个条件，除非将下面的sort换成stable_sortreturn x.second > y.second || (x.second == y.second && (x.first < y.first));}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {map<string,int> countMap;for (auto& e: words)countMap[e]++;//map从单词表words读入数据vector<pair<string,int>> v(countMap.begin(),countMap.end());sort(v.begin(),v.end(),Compare());//按照单词出现频率降序排序vector<string> strV;//最终结果返回的数组for (int i = 0;i<k;i++)//前 k 个出现次数最多的单词{strV.push_back(v[i].first);//将单词放入}return  strV;}
};