【C++】STL——map和set

目录

1、序列式容器和关联式容器前

2、set

2.1 set类的介绍

2.2 set的构造和迭代器

2.3 set的增删查

set 的插入

set的查找

set的删除

2.4 multiset和set的差异

3、map

3 .1 pair类型

3.2 map的构造

3.3 map的增删查

map的构造遍历

  map的插入

map的删除

map的查找

3.4 map的数据修改

3.5 multimap和map的差异

1、序列式容器和关联式容器前

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。

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。

2、set

2.1 set类的介绍

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。

template < class T,                      // set::key_type/value_typeclass Compare = less<T>,     // set::key_compare/value_compareclass Alloc = allocator<T>   // set::allocator_type> class set;

注意：
1. 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。
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. 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(为什么?)
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

2.2 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。

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

2.3 set的增删查

set的大部分接口不常用，只有插入、删除、查找、比较常用。

 // 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;

set 的插入

        set容器额普通插入的用法

int main()
{//set插入使用样例set<int> s;s.insert(6);s.insert(8);s.insert(5);s.insert(2);s.insert(9);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//输出2 5 6 8 9return 0;
}

set是有去重功能的，当插入数据有重复数据的时候就会自动去重。

int main()
{//set插入使用样例set<int> s;s.insert(6);s.insert(8);s.insert(5);s.insert(2);s.insert(2);s.insert(9);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//输出 2 5 6 8 9return 0;
}

可以插入列值表，插入列值表也是会自动去重。

int main()
{set<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//输出 3，4，6，8，9return 0;
}

set的查找

int main()
{set<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;int x = 0;cin >> x;auto  pos = s.find(x);if (pos != s.end()){cout << x << "存在" << endl;}else{cout << x << "不存在！" << endl;}return 0;}

利用count函数进行快速查找

int main()
{set<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;int x = 0;cin >> x;if (s.count(x)){cout << x << "存在" << endl;		}else{cout << x << "不存在！" << endl;}return 0;}

查找区间数据

 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 >= 30 auto itlow = myset.lower_bound(30);// 返回 > 60 auto 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;}

set的删除

直接删除

int main()
{   set<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;int x = 0;cin >> x;s.erase(x);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//假如要删除的数是4，输入4。直接删除4输出 3，6，8，9return 0;}

直接查找在利用迭代器删除x

	set<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });cin >> 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;

利用find和erase结合还可以进行查找数据把所查找的数据删除

int main()
{// 直接查找在利⽤迭代器删除xset<int> s;s.insert({ 4,6,8,9,6,3 });int x = 0;cin >> 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;return 0;
}

2.4 multiset和set的差异

multiset和set的使用基本完全类似，主要区别点在于multiset支持值冗余，那么
insert/find/count/erase都围绕着支持值冗余有所差异，具体参看下面的样例代码理解。

int main()
{multiset<int> s;s.insert({ 4,7,9,1,6,6,7 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;//输出1 4 6 6 7 7 9return 0;
}

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 main()
{   multiset<int> s;s.insert({ 4,7,9,1,6,6,7 });int x;cin >> x;auto pos = s.find(x);while (pos != s.end() && *pos == x){cout << *pos << " ";++pos;}cout << endl;cout << s.count(x) << endl;
}	
    // 相⽐set不同的是，count会返回x的实际个数multiset<int> s;s.insert({ 4,7,9,1,6,6,7 });cout << s.count(x) << endl;

	// 相⽐set不同的是，erase给值时会删除所有的xmultiset<int> s;s.insert({ 4,7,9,1,6,6,7 });s.erase(x);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;

3、map

map的声明如下，Key就是map底层关键字的类型，T是map底层value的类型，set默认要求Key支持小于比较，如果不支持或者需要的话可以自行实现仿函数传给第二个模版参数，map底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。一般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。map底层是用红黑树实现，增删查改效率是 ，迭代器遍历是走O(logN) 的中序，所以是按key有序顺序遍历的。

template < class Key,                   // map::key_typeclass T,                     // map::mapped_typeclass Compare = less<Key>,   // map::key_compareclass Alloc = allocator<pair<const Key,T> > //map::allocator_type> class map;

3 .1 pair类型

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 
{// map::key_type// map::mapped_type// map::key_comparetypedef 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) );}

3.2 map的构造

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();

3.3 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

Member typeskey_type     -> The first template parameter (Key)mapped_type  -> The second template parameter (T)value_type   -> pair<const key_type,mapped_type>// 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;

map的构造遍历

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;return 0;
}

  map的插入

using namespace std;
int main()
{//四种插入方式map<string, string> dict;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" });for (const auto& e : dict){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;return 0;
}

map的删除

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;}

map的查找

可以利用find，也可以用operator[]。和operator[]的一些其他功能，如插入修改查找。

int main()
{map<string, string> dict;dict.insert({ "sort","排序" });//插入dict["auto"];//插入加修改dict["left"] = "左边";//key存在 查找dict["left"];auto it = dict.begin();while (it!= dict.end()){	cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}return 0;
}

3.4 map的数据修改

Member types
key_type -> The first template parameter (Key)
mapped_type -> The second template parameter (T)
value_type -> pair<const key_type,mapped_type>

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角度，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。

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

insert插入一个一个pairkey,T>对象。如果key在map中，就插入失败，返回一个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象first是key所在节点的迭代器，second是false。如果key不在map中，就插入成功，返回一个pair<iterator,bool>对象，返回的pair对象first是新插入节点的迭代器，second是true。

不管是插入成功还是失败，都会返回pair对象first所指的key所在的迭代器。如果插入失败就充当查找的功能，所以也是这一点insert可以实现operator[]。

 注意：两个pair，一个是map底层红黑树节点存在的pair<key,T>,另一个是insert的返回值pair<iterator,bool>。

operator[ ]

mapped_type& operator[] (const key_type& k);// 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;
}

如果k不在map中，insert就会插入k和mapped_typed的值。然后返回[]节点中存储mapped_type值的引用，可以通过引用修改映射值。[]具备了插入修改的功能。

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。

3.5 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。

本篇完，下篇见！

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