【C++】16. set 和 map

在之前的博客中，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque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。

我们这篇博客的内容是关联式容器？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。
关联式容器分为树形关联式容器和哈希关联式容器。

一、键值对

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。

STL中键值对的定义

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)
	{}
};

二、树形关联式容器

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。

2.1 set

2.1.1 set的构造函数

函数声明	功能
explicit set (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造空的set
template set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp =key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	用[first,last)区间的值构造set
set (const set& x);	set的拷贝构造

2.1.2 set的迭代器

函数声明	功能
iterator begin();	返回set中起始位置元素的迭代器
const_iterator begin() const;	返回set中起始位置元素的const迭代器
iterator end();	返回set中最后一个元素下一个的位置的迭代器
const_iterator end() const;	返回set中最后一个元素的下一个位置的const迭代器
reverse_iterator rbegin();	返回set中第一个元素的反向迭代器
const_reverse_iterator rbegin() const;	返回set中第一个元素的const迭代器
reverse_iterator rend();	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器
const_reverse_iterator rend() const;	返回set最后一个元素下一个位置的const反向迭代器

2.1.3 set的容量操作

函数声明	功能
bool empty() const;	判断set是否为空
size_type size() const;	返回当前set中有效元素个数

2.1.4 set的修改操作

函数声明	功能
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )	在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first, iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	找到就返回set中值为x的元素的位置，没找到就返回end()
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的个数

2.2 multiset

set和multiset的主要区别在于：set中存储的元素不能重复，而multiset中的元素可以重复

multiset中的find函数在查找时，总是查找到中序遍历到该元素的第一个位置

因此，set的作用是排序加去重，multiset的作用是排序

2.3 map

2.3.1 map的构造函数

函数声明	功能
explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造空的map
template map (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp =key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	用[first,last)区间的值构造map
map (const map& x);	map的拷贝构造

2.3.2 set的迭代器

函数声明	功能
iterator begin();	返回map中起始位置元素的迭代器
const_iterator begin() const;	返回map中起始位置元素的const迭代器
iterator end();	返回map中最后一个元素下一个的位置的迭代器
const_iterator end() const;	返回map中最后一个元素的下一个位置的const迭代器
reverse_iterator rbegin();	返回map中第一个元素的反向迭代器
const_reverse_iterator rbegin() const;	返回map中第一个元素的const迭代器
reverse_iterator rend();	返回map最后一个元素下一个位置的反向迭代器
const_reverse_iterator rend() const;	返回map最后一个元素下一个位置的const反向迭代器

2.3.3 set的容量操作与元素访问

函数声明	功能
bool empty() const;	判断map是否为空
size_type size() const;	返回当前map中有效元素个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k);	返回key对应的value

问题：当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。

2.3.4 set的修改操作

函数声明	功能
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map<Key,T,Compare,Allocator>& mp )	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x)	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end()
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

1. map中的的元素是键值对
2. map中的key是唯一的，并且不能修改
3. 默认按照小于的方式对key进行比较
4. map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列
5. map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高 O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
6. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

2.4 multimap

map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。