map & set

目录

一、关联式容器

二、键值对

三、树形结构的关联式容器

[3.1 set](#3.1 set)

[3.1.1 set的介绍](#3.1.1 set的介绍)

[3.1.2 set的使用](#3.1.2 set的使用)

[3.2 multiset](#3.2 multiset)

[3.2.1 multiset的介绍](#3.2.1 multiset的介绍)

[3.2.2 multiset的使用](#3.2.2 multiset的使用)

[3.3 map](#3.3 map)

[3.3.1 map的介绍](#3.3.1 map的介绍)

[3.3.2 map的使用](#3.3.2 map的使用)

[3.4 multimap](#3.4 multimap)

[3.4.1 multimap的介绍](#3.4.1 multimap的介绍)

[3.3.2 multimap的使用](#3.3.2 multimap的使用)


如果你已经了解了KV二叉搜索树,将会更容易读懂本文


一、关联式容器

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。


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,那么我们就可以通过键值对来描述这种关系。

cpp 复制代码
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。

3.1 set

3.1.1 set的介绍

文档介绍

set - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/set/set/?kw=set

  • set是按照一定次序存储元素的容器,底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的
  • 对于set,元素的value也标识它本身(即value就是key,类型为T),并且每个value必须是唯一的(确保每个元素都可以标识它本身)。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(默认按照小于来比较)
  • 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

3.1.2 set的使用

详细内容见文档介绍,下面是接口和示例代码: 接下来,通过下面这段代码学习 lower_bound 和 up_bound

cpp 复制代码
void test_set2()
{
	set<int> myset;
	set<int>::iterator itlow, itup;

	for (int i = 1; i < 10; i++) myset.insert(i * 10);
		// 10 20 30 40 50 60 70 80 90

	itlow = myset.lower_bound(30);	    // >= val值位置的iterator
	itup = myset.upper_bound(70);		// >  val值位置的iterator
 
	set<int>::iterator it = itup;
	while (it != myset.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;						// 80 90

	myset.erase(itlow, itup);		    // 10 20 70 80 90

	for (auto e : myset)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test_set3()
{
	std::set<int> myset;

	for (int i = 1; i <= 5; i++) myset.insert(i * 10);   // myset: 10 20 30 40 50

	//std::pair<std::set<int>::const_iterator, std::set<int>::const_iterator> ret;
	auto ret = myset.equal_range(35);

	std::cout << "the lower bound points to: " << *ret.first << '\n';   // >= val
	std::cout << "the upper bound points to: " << *ret.second << '\n';  // > val
}

3.2 multiset

3.2.1 multiset的介绍

文档介绍

multiset - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/set/multiset/?kw=multiset

  • 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,multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)
  • 在multiset中,元素的value也会识别它本身(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

3.2.2 multiset的使用

仅演示与set的不同之处,大体上可以参考set的用法

cpp 复制代码
void test_multiset()
{
	// 排序
	multiset<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(2);
	s.insert(6);
	s.insert(1);
	s.insert(5);
	s.insert(2);

	multiset<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 如果有多个值,find返回中序第一个val
	it = s.find(5);
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	cout << s.count(2) << endl;

	// [>=val, >val)
	//auto ret = s.equal_range(2);
	//s.erase(ret.first, ret.second);
	size_t n = s.erase(2);
	cout << n << endl;
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

VS2022 运行结果

1 2 2 5 5 6
5 5 6
2
2
1 5 5 6

3.3 map

3.3.1 map的介绍

文档介绍

map - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/map/map/?kw=map

  • 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。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))
  • 在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,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(默认按照小于的方式对key进行比较)。
  • 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

3.3.2 map的使用

cpp 复制代码
void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));

	//dict.insert(make_pair("right", "右边")); // 优化

	dict["erase"];					// 插入
	cout << dict["erase"] << endl;  // 查找
	dict["erase"] = "删除";			// 修改
	cout << dict["erase"] << endl;  // 查找
	dict["test"] = "测试";			// 插入+修改
	dict["left"] = "左边、剩余";	// 修改

	       

	string s1("xxxx"), s2("yyyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{    
        // 三种打印方式
		cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
		//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;
		//cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto& kv : dict)
	{
		// kv.first += 'x';
		kv.second += 'x';

		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

运行结果


删除
erase:删除
insert:插入
left:左边、剩余
right:右边
sort:排序
test:测试
xxxx:yyyy


erase:删除x
insert:插入x
left:左边、剩余x
right:右边x
sort:排序x
test:测试x
xxxx:yyyyx

使用map统计水果出现的次数

cpp 复制代码
void test_map2()
{
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	
	//for (auto& str : arr)
	//{
	//	//auto ret = countMap.find(str);
	//	//if (ret == countMap.end())
	//	//{
	//	//	// 没有表示第一次出现,插入
	//	//	countMap.insert(make_pair(str, 1));
	//	//}
	//	//else
	//	//{
	//	//	// 有就让次数++
	//	//	ret->second++;
	//	//}
	//	countMap[str]++;
	//}

    // 更优代码
	for (auto& str : arr)
	{
		countMap[str]++;
	}

	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

extra map的[ ]重载代码剖析

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

文档介绍

multimap - C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/map/multimap/?kw=multimap

  • 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。multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。
  • 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: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。

3.3.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的,需要注意的是:multimap没有重载operator[]操作(为什么?)

multimap可以有多个重复的key,那么operator[ ]返回哪个key的value呢?


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