【C++】map和set的使用

[一. 关联式容器](#一. 关联式容器)

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

set是按照一定次序存储元素的容器

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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;）

在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的

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

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_pair
	dict.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).first
		cout << 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[ ]

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。

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

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

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_sort
         return 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;
    }
};