C++之hash映射与集合

C++刷题基础知识（栈、队列、hash、STL、基础函数等）---持续更新-CSDN博客

1.1 unordered_map

1.1.1 unordered_map的基本特性

C++中的 unordered_map 是一种关联容器，它包含了键值对，并且是无序的。每一个键都是唯一的，与对应的值相关联。unordered_map 在内部使用了哈希表来实现，因此它的插入、删除和查找操作的时间复杂度通常是 O(1)。然而，由于哈希冲突的存在，最坏的情况可能会达到 O(n)。

注意：unordered_map 不保证元素的排序，无论是按照键还是值。

1.1.2 unordered_map的代码使用例程

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <unordered_map>  
#include <string>  
  
int main() {  
    std::unordered_map<std::string, int> my_map;  
      
    // 插入键值对  
    my_map["apple"] = 1;  
    my_map["banana"] = 2;  
    my_map["cherry"] = 3;  
      
    // 查找值  
    int value = my_map["apple"]; // value 现在是1  
    std::cout << "The value of apple is: " << value << std::endl;  
      
    // 检查键是否存在  
    if (my_map.find("orange") == my_map.end()) {  
        std::cout << "The map does not contain orange" << std::endl;  
    }  
      
    // 删除键值对  
    my_map.erase("banana");  
      
    // 遍历键值对  （其中first表示键，而second表示值）
    for (const auto& pair : my_map) {  
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;  
    }  
      
    return 0;  
}

1.1.3 unordered_map的用法总结（表格）

函数名	描述
`insert()`	插入一个或多个键值对
`erase()`	删除一个或多个键值对
`find()`	查找指定键的值，如果找不到则返回尾迭代器
`count()`	返回指定键值的数量
`empty()`	检查容器是否为空
`size()`	返回容器中键值对的数量
`clear()`	删除容器中的所有键值对
`swap()`	与另一个容器交换内容
`begin()`	返回指向第一个键值对的迭代器
`end()`	返回指向尾部的迭代器
`cbegin()`	返回指向第一个键值对的常量迭代器
`cend()`	返回指向尾部的常量迭代器
`hash_function()`	返回用于哈希的函数对象
`key_eq()`	返回用于比较键的函数对象

1.1.4 map与unordered_map的对比

实现方式：map基于红黑树实现，保持元素有序，插入和查找的时间复杂度是O(log n)。unordered_map基于哈希表实现，不保持元素有序，插入和查找的时间复杂度平均为O(1)，但最坏情况下可能会达到O(n)。
元素顺序：map中的元素按照键的自然顺序（或者通过自定义比较函数）进行排序，所以遍历得到的元素是有序的。unordered_map中的元素没有特定的顺序，遍历得到的元素顺序与插入顺序无关。
查找效率：map适用于需要有序数据以及频繁查找的场景。unordered_map适用于对插入和查找性能要求较高，对元素顺序无特别要求的场景。
内存开销：由于map使用红黑树来维护有序性，它的内存开销通常比unordered_map要高。unordered_map使用哈希表，其内存开销通常较低，但在存储大量数据时，由于哈希表冲突可能需要更多内存。
需要的关键字类型：map要求关键字类型有比较函数或支持<运算符来进行元素排序。unordered_map要求关键字类型支持哈希函数和==运算符。
C++标准要求：map和unordered_map都是C++标准库的一部分，但在C++11之前，只有map是标准库的部分，而unordered_map是在C++11引入的新容器。
迭代器稳定性：map的迭代器在插入和删除元素时不会失效，因为它使用红黑树来保持顺序。unordered_map的迭代器在插入元素时可能会失效，因为哈希表的重新哈希过程可能导致元素位置改变。

1.2 set

1.2.1 set的基本特性

C++中的set是一种基于红黑树实现的关联容器，它包含了唯一键值的集合。每个键在set中只能出现一次，不能重复。set的元素按照键的升序排列。

1.2.2 set的代码使用例程

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <set>  
#include <string>  
  
int main() {  
    std::set<std::string> my_set;  
      
    // 插入元素  
    my_set.insert("apple");  
    my_set.insert("banana");  
    my_set.insert("cherry");  
      
    // 查找元素  
    auto it = my_set.find("banana");  
    if (it != my_set.end()) {  
        std::cout << "Found banana" << std::endl;  
    } else {  
        std::cout << "Banana not found" << std::endl;  
    }  
      
    // 删除元素  
    my_set.erase("banana");  
      
    // 遍历元素  
    for (const auto& item : my_set) {  
        std::cout << item << std::endl;  
    }  
      
    return 0;  
}

1.2.3 set的用法总结（表格）

函数名	描述
`insert()`	在集合中插入一个或多个元素
`erase()`	删除集合中的一个或多个元素
`find()`	在集合中查找指定的元素，如果找到返回一个指向它的迭代器，否则返回尾迭代器
`count()`	返回集合中等于给定值的元素数量
`empty()`	检查集合是否为空
`size()`	返回集合中元素的数量
`clear()`	删除集合中的所有元素
`begin()`	返回指向第一个元素的迭代器
`end()`	返回指向尾部的迭代器
`rbegin()`	返回指向最后一个元素的反向迭代器
`rend()`	返回指向尾部的反向迭代器

1.3 unordered_set

1.3.1 unordered_set的基本特性

C++的unordered_set是一种基于哈希表实现的关联容器，它包含了唯一键值的集合。每个键在unordered_set中只能出现一次，不能重复。unordered_set的元素按照键的哈希值进行存储，因此它没有特定的顺序。与有序集合（set）不同，unordered_set不保证元素的排序。

1.3.2 unordered_set的代码使用例程

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <unordered_set>  
#include <string>  
  
int main() {  
    // 创建一个unordered_set对象  
    std::unordered_set<std::string> my_set;  
      
    // 插入元素  
    my_set.insert("apple");  
    my_set.insert("banana");  
    my_set.insert("cherry");  
      
    // 查找元素  
    auto it = my_set.find("banana");  
    if (it != my_set.end()) {  
        std::cout << "Found banana" << std::endl;  
    } else {  
        std::cout << "Banana not found" << std::endl;  
    }  
      
    // 删除元素  
    my_set.erase("banana");  
      
    // 遍历元素  
    for (const auto& item : my_set) {  
        std::cout << item << std::endl;  
    }  
      
    return 0;  
}

1.3.3 unordered_set的用法总结（表格）

函数名	描述
`insert()`	在集合中插入一个或多个元素
`erase()`	删除集合中的一个或多个元素
`find()`	在集合中查找指定的元素，如果找到返回一个指向它的迭代器，否则返回尾迭代器
`count()`	返回集合中等于给定值的元素数量
`empty()`	检查集合是否为空
`size()`	返回集合中元素的数量
`clear()`	删除集合中的所有元素
`swap()`	与另一个集合交换内容
`begin()`	返回指向第一个元素的迭代器
`end()`	返回指向尾部的迭代器
`cbegin()`	返回指向第一个元素的常量迭代器
`cend()`	返回指向尾部的常量迭代器
`hash_function()`	返回用于哈希的函数对象
`key_eq()`	返回用于比较键的函数对象

1.4 pair

1.4.1 pair的基本特性

C++的std::pair是一个用于存储两个不同类型对象的容器，这两个对象可以是不同的类型，而且这两个对象在pair中并不是关联的，也就是说它们的类型并没有直接关系。这两个元素分别称为first和second，pair的所有构造函数都保持first和second的值不变。

1.4.2 pair的代码使用例程

cpp 复制代码

#include <iostream>  
#include <utility> // pair在这个头文件中定义  
  
int main() {  
    // 创建一个pair对象  
    std::pair<int, std::string> p1(42, "Hello");  
      
    // 使用first和second成员函数  
    std::cout << "First element: " << p1.first << std::endl;  
    std::cout << "Second element: " << p1.second << std::endl;  
      
    // 使用赋值操作符  
    std::pair<int, std::string> p2;  
    p2 = p1; // 将p1的值赋给p2  
    std::cout << "p2 first element: " << p2.first << std::endl;  
    std::cout << "p2 second element: " << p2.second << std::endl;  
      
    // 使用swap函数交换两个pair的值  
    std::swap(p1, p2);  
    std::cout << "After swap: " << "p1 first element: " << p1.first << ", p1 second element: " << p1.second << std::endl;  
    std::cout << "After swap: " << "p2 first element: " << p2.first << ", p2 second element: " << p2.second << std::endl;  
      
    return 0;  
}

1.4.3 pair的用法总结（表格）

函数名	描述
`first`	返回存储在pair中的第一个元素的引用
`second`	返回存储在pair中的第二个元素的引用
`operator=`	对pair的赋值操作符
`swap()`	交换两个pair对象的值

1.5 使用场景及对比

|------|---------------|-----|---------------|
| pair | unordered_map | set | unordered_set |
| key：value模式，区别是一个元素或者多个元素 || value单一元素，区别为是否有序 ||
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