C++ | set / map(详解)

普通young man2024-10-21 22:41

前言

本篇博客讲解c++中stl的set/map，本篇讲的如何使用

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目录

序列式容器和关联式容器

set的使用

参考文档

set的基本介绍

set的构造和迭代器

构造

迭代器

正向迭代器

反向迭代器

set的增删查

插入操作

单个数据插入

列表插入

区间插入

查找操作

查找特定值

计算特定值的个数

删除操作

删除指定位置的元素

删除特定值

删除区间内的元素

边界查找

查找大于等于特定值的位置

查找大于特定值的位置

insert和迭代器遍历使⽤样例

find和erase使⽤样例：

multiset和set的差异

[multiset 与 set 的差异](#multiset 与 set 的差异)

[第一部分：遍历 multiset](#第一部分：遍历 multiset)

第二部分：查找、计数和删除元素

题目练习

map的使用

map类的介绍

[std::map 的声明及特性](#std::map 的声明及特性)

功能特性表格

pair类型介绍

[什么是 pair？](#什么是 pair？)

[pair 的工作原理](#pair 的工作原理)

[1. 定义 pair](#1. 定义 pair)

[2. 构造 pair](#2. 构造 pair)

[3. 访问 pair 的成员](#3. 访问 pair 的成员)

map的构造

[std::map 的构造接口](#std::map 的构造接口)

[std::map 的迭代遍历](#std::map 的迭代遍历)

[支持范围 for 循环](#支持范围 for 循环)

[修改 value 数据](#修改 value 数据)

[不支持修改 key 数据](#不支持修改 key 数据)

map的增删查

[std::map 的增删查接口](#std::map 的增删查接口)

插入（Insert）

查找（Find）

删除（Erase）

map的数据修改

[std::map 数据修改接口](#std::map 数据修改接口)

[修改 mapped_type 数据](#修改 mapped_type 数据)

插入接口

[operator[] 的内部实现](#operator[] 的内部实现)

[operator[] 的内部实现示例](#operator[] 的内部实现示例)

构造遍历及增删查使用样例

map的迭代器和[]功能样例

[示例 1：使用 find 和迭代器修改功能统计水果出现次数](#示例 1：使用 find 和迭代器修改功能统计水果出现次数)

[示例 2：使用 operator[] 插入和修改功能统计水果出现次数](#示例 2：使用 operator[] 插入和修改功能统计水果出现次数)

[示例 3：使用 std::map operator[]](#示例 3：使用 std::map operator[])

multimap和map的差异

[std::map 和 std::multimap 的主要差异](#std::map 和 std::multimap 的主要差异)

[1. 键的唯一性](#1. 键的唯一性)

[2. 查找操作](#2. 查找操作)

[3. 插入操作](#3. 插入操作)

[4. 计数操作](#4. 计数操作)

[5. 删除操作](#5. 删除操作)

[6. operator[]](#6. operator[])

[使用 std::map](#使用 std::map)

题目练习

序列式容器和关联式容器

想象一下你有两个盒子来存放你的东西，一个是用来放T恤的，另一个是用来放袜子的。

序列式容器就像是你的T恤盒子：

  • 它们存放的东西是按照一定的顺序排列的，比如你可以根据颜色或者大小来摆放T恤。
  • 如果你想换一件T恤的位置，比如把红色的T恤放在最上面，这是可以做到的，并且不会影响其他T恤的位置。
  • 序列式容器的例子包括**vector（向量）、list（列表）、deque（双端队列）**等，它们的特点就是里面的元素是按照插入的顺序存放的，你可以很容易地通过位置来找到一个元素。

关联式容器则像是你的袜子盒子：

  • 这个盒子里的每只袜子都有一个标签，比如图案或者材质，用来区分不同的袜子。
  • 如果你想把两只袜子的位置对调，比如把图案A的袜子和图案B的袜子换一下位置，那么这个盒子的整个组织方式就会被打乱，因为袜子的位置是由它们的标签决定的。
  • 关联式容器包括**map（映射）和set（集合），set** 是专门用来存放没有重复的关键字，而map则是用来存放关键字和对应值的配对。在这些容器里，元素是按照关键字的顺序来存放的，而不是它们插入的顺序。

set的使用

参考文档

<set> - C++ Reference (cplusplus.com)

set的基本介绍

特性/操作 描述
声明 std::set<T, Compare, Allocator>;
底层实现 使用红黑树（Red-Black Tree），保证插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log N)。
默认比较 默认使用 std::less<T>，即元素按照升序排列。
自定义比较 可以通过第二个模板参数传递自定义的比较函数对象。
内存管理 默认使用 std::allocator<T> 管理内存，可以通过第三个模板参数自定义内存分配策略。
插入 insert(value_type val); - 插入值 val，如果已存在则不插入。
删除 erase(iterator it); - 删除指定迭代器指向的元素。<br>erase(const key_type& k); - 删除键值为 k 的元素。<br>clear(); - 删除所有元素。
查找 find(const key_type& k); - 查找键值为 k 的元素。<br>count(const key_type& k); - 返回键值为 k 的元素数量（0 或 1）。<br>contains(const key_type& k); - 如果包含键值为 k 的元素则返回 true（C++20）。
迭代器 begin(), end(); - 分别返回指向容器首尾的迭代器。<br>cbegin(), cend(); - 对于 const 容器。<br>rbegin(), rend(); - 返回反向迭代器。
状态检查 empty(); - 如果集合为空则返回 true。<br>size(); - 返回集合中元素的数量。<br>max_size(); - 返回容器所能容纳的最大元素数量。

set的构造和迭代器

构造

std::set 支持多种构造方式，常用的构造接口包括：

构造函数 描述
std::set(); 默认构造函数，创建一个空的 set 容器。
std::set(InputIterator first, InputIterator last); 创建一个 set 容器，并初始化该容器，使其包含从 [first, last) 范围内的元素。
std::set(const set& other); 复制构造函数，创建一个新的 set 容器，并用另一个 set 容器的内容初始化它。
std::set(set&& other); 移动构造函数，创建一个新的 set 容器，并用另一个 set 容器的内容初始化它，通常更高效。
std::set(initializer_list<T> il); 使用 initializer_list 初始化 set 容器。
std::set(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp); 创建一个 set 容器，并初始化该容器，同时指定自定义比较器 comp。
std::set(const set& other, const Allocator& alloc); 复制构造函数，同时允许指定不同的分配器 alloc。
std::set(initializer_list<T> il, const Compare& comp); 使用 initializer_list 初始化 set 容器，并指定自定义比较器 comp。
迭代器

std::set 支持正向和反向迭代，用于遍历容器中的元素。由于 std::set 底层使用的是红黑树，迭代器遍历采用的是中序遍历，因此遍历结果是按照元素的升序排列。

正向迭代器

std::set 的正向迭代器支持从前往后的遍历：

方法 描述
begin(); 返回一个指向容器中第一个元素的迭代器。
cbegin(); 返回一个指向容器中第一个元素的常量迭代器。适用于 const 容器。
end(); 返回一个超出最后一个元素的迭代器。
cend(); 返回一个超出最后一个元素的常量迭代器。适用于 const 容器。
反向迭代器

std::set 的反向迭代器支持从后往前的遍历：

方法 描述
rbegin(); 返回一个指向容器中最后一个元素的反向迭代器。
crbegin(); 返回一个指向容器中最后一个元素的常量反向迭代器。适用于 const 容器。
rend(); 返回一个超出容器中第一个元素位置的反向迭代器。
crend(); 返回一个超出容器中第一个元素位置的常量反向迭代器。适用于 const 容器。

set的增删查

其实这里就是接口的使用，这些都可以通过参考文档学会

插入操作

单个数据插入
cpp 复制代码 
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
  • 插入单个元素 val。
  • 返回一个 pair，其中包含一个迭代器和一个布尔值。迭代器指向新插入元素的位置（如果插入成功）或尝试插入元素的位置（如果插入失败），布尔值表示插入是否成功。
列表插入
cpp 复制代码 
void insert (initializer_list<value_type> il);
  • 插入由 initializer_list 表达的多个元素。
cpp 复制代码 
template <class T>
class initializer_list {
public:
    typedef T value_type;
    typedef T* iterator;
    typedef const T* const_iterator;

private:
    T* begin_;
    T* end_;

public:
    // 构造函数，接受一对指针，表示元素的起始和结束位置
    initializer_list(T* begin, T* end) noexcept : begin_(begin), end_(end) {}

    // 返回迭代器，指向列表的第一个元素
    iterator begin() const noexcept { return begin_; }

    // 返回迭代器，指向列表的结束位置
    iterator end() const noexcept { return end_; }

    // 返回列表中元素的数量
    size_t size() const noexcept { return end_ - begin_; }

    // 判断列表是否为空
    bool empty() const noexcept { return begin_ == end_; }

    // 访问列表的第一个元素（如果存在）
    reference front() const { return *begin_; }

    // 访问列表的最后一个元素（如果存在）
    reference back() const { return *(end_ - 1); }

    // 返回指向第一个元素的指针
    pointer data() const noexcept { return begin_; }
};

// 非成员函数，用于创建 initializer_list 实例
template <typename T>
inline initializer_list<T> make_initializer_list(T* begin, T* end) {
    return initializer_list<T>(begin, end);
}

构造函数，它会接收指向数组首元素的指针 和指向数组末尾之后的指针 首元素 + sizeof(*) / sizeof(*)。

  • 已经存在于容器中的值不会被插入。
区间插入
cpp 复制代码 
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
  • 插入从迭代器 first 到 last 的区间内的所有元素。
  • 已经存在于容器中的值不会被插入。

查找操作

查找特定值
cpp 复制代码 
iterator find (const value_type& val);
  • 查找值为 val 的元素。
  • 返回指向该元素的迭代器，如果没有找到，则返回 end()。
计算特定值的个数
cpp 复制代码 
size_type count (const value_type& val) const;
  • 返回值为 val 的元素的数量。
  • 对于 std::set，返回值只能是 0 或 1。

删除操作

删除指定位置的元素
cpp 复制代码 
iterator erase (const_iterator position);
  • 删除由 position 指向的元素。
  • 返回紧接着被删除元素之后的下一个元素的迭代器。
删除特定值
cpp 复制代码 
size_type erase (const value_type& val);
  • 删除值为 val 的元素。
  • 返回删除的元素数量，如果值不存在则返回 0。
删除区间内的元素
cpp 复制代码 
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);
  • 删除由 [first, last) 区间内的所有元素。
  • 返回紧接着被删除元素之后的下一个元素的迭代器。

边界查找

查找大于等于特定值的位置
cpp 复制代码 
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
  • 返回指向容器中第一个大于等于 val 的元素的迭代器。
查找大于特定值的位置
cpp 复制代码 
iterator upper_bound (const value_type& val) const;
  • 返回指向容器中第一个大于 val 的元素的迭代器。

insert和迭代器遍历使⽤样例

cpp 复制代码 
//set插入
int main() {
	set<int> s1;
	s1.insert(1);
	s1.insert(2);
	s1.insert(3);
	s1.insert(4);
	s1.insert(5);
	auto it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;


	// 插⼊⼀段initializer_list列表值，已经存在的值插⼊失败
	set<int> s2;
	s2.insert({ 1,2,3,4,5,6 });
	//范围for遍历
	for (auto it : s2)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;
	string s3[] = { "张三","李四","王五" };
	set<string> s4;
	//通过指针来遍历
	s4.insert(s3, s3 + sizeof(s3) / sizeof(string));

	for (auto it : s4)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;


	set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };
	
	for (auto it : strset)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

find和erase使⽤样例：

cpp 复制代码 
//set删除/查找

//int main() {
	//set<int> s1 = {4,2,7,2,8,5,9};
#if 0
	for (auto it : s1)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;
	//删除最小值()
	s1.erase(s1.begin());
	for (auto it : s1)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;

	int x;
	cin >> x;
	int ret = s1.erase(x);
	if (ret == 0)
	{
		cout << "不存在" << endl;
	}
	else
	{
		cout << x << "删除成功" << endl;
		for (auto it : s1)
		{
			cout << it << " ";
		}
		cout << endl;
	}
#endif // 0

#if 0



	//利用查找删除
	int xx;
	cin >> xx;
	auto pos	 = s1.find(xx);
	if (pos != s1.end())
	{
		s1.erase(pos);
		cout << "删除成功！" << endl;
		for (auto it : s1)
		{
			cout << it << " ";
		}
	}
	else
	{
		cout << "不存在" << endl;
	}
#endif // 0

#if 0



	//直接调用erase接口删除
	int i;
	cin >> i;
int ret = 	s1.erase(i);
if (ret) {
	cout << "删除成功！" << endl;
	for (auto it : s1)
	{
		cout << it << " ";
	}
}
else
{
	cout << "不存在" << endl;
}
#endif // 0

#if 0


//库中find算法O(N)
auto tmp1 = find(s1.begin(),s1.end(),5);

//set中find算法O(logN)   (1)
auto tmp2 = s1.find(5);

#endif // 0

#if 0
//count -- 计数，如果容器包含等效于 val 的元素，则为 1，否则为 0。
int i;
cin >> i;
if (s1.count(i))
cout << "找到了" << endl;
else
cout << "没有找到" << endl;
	return 0;
#endif // 0

#if 0


	//实现区间查找
	set<int> s2;
	for (int i = 1; i < 10; i++)
	{
		s2.insert(i * 10);
	}
	for (auto it : s2)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;

	//删除[10,50]
	auto itlow = s2.lower_bound(10);
	auto itup = s2.upper_bound(50);
	s2.erase(itlow, itup);
	for (auto it : s2)
	{
		cout << it << " ";
	}
	cout << endl;

#endif // 0

multiset和set的差异

multiset 与 set 的差异

  1. 支持重复元素：

    • std::set 不允许重复的元素，而 std::multiset 支持重复元素的存储。

  2. 插入元素：

    • std::set 和 std::multiset 都支持插入元素，但是 std::set 在插入重复元素时不会插入，而 std::multiset 会保留所有重复元素。

  3. 查找元素：

    • std::set 中查找元素时，如果元素存在，则返回指向该元素的迭代器；如果不存在，则返回 end()。
    • std::multiset 中查找元素时，返回指向第一个匹配元素的迭代器。由于可能有多个相同的元素，因此需要循环遍历找到所有匹配的元素。

  4. 计数元素：

    • std::set 的 count() 成员函数总是返回 0 或 1，表示元素是否存在。
    • std::multiset 的 count() 成员函数返回指定元素的实际个数。

  5. 删除元素：

    • std::set 中删除元素时，只会删除一个匹配的元素（实际上只可能有一个）。
    • std::multiset 中删除元素时，如果提供了一个值而不是迭代器，则会删除所有匹配的元素。
第一部分：遍历 multiset
cpp 复制代码 
#if 0
	multiset<int> s1 = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };
	auto it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " "; 
		++it;
	}
#endif // 0

这一部分代码创建了一个 multiset 并插入了一些重复的整数。然后通过迭代器遍历整个 multiset 并打印出每个元素。

第二部分：查找、计数和删除元素
cpp 复制代码 
#if 0

	int i;
	cin >> i;
	multiset<int> s1 = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };
	auto pos = s1.find(i);
	while (pos != s1.end() && *pos == i)
	{
		cout << *pos << " ";
		++pos;
	}
	cout << endl;

	// 相⽐set不同的是，count会返回x的实际个数 
	cout << s1.count(i) << endl;
	// 相⽐set不同的是，erase给值时会删除所有的x 
	s1.erase(i);
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

#endif // 0

这一部分代码首先从用户输入一个整数 i，然后查找 multiset 中是否存在这个整数，并打印出来。接着使用 count() 函数统计 i 在 multiset 中出现的次数，并打印出来。最后，使用 erase() 函数删除所有值为 i 的元素，并再次遍历 multiset 打印剩余的元素。

题目练习

利用了set去重的特点

349. 两个数组的交集 - 力扣（LeetCode）

cpp 复制代码 
class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        //将两个num
        set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
        //定义一个数组
        vector<int> ret;
        
        //利用双指针法(迭代器)
        auto it_one = s1.begin();        
        auto it_two = s2.begin();        

        //小进行++（小的前面的数不可能和大的相等）
        while(it_one != s1.end() && it_two != s2.end()){
            if(*it_one > *it_two){
                    it_two++;
            }
            else if(*it_one < *it_two){
                    it_one++;
            }
            else{

                ret.push_back(*it_one);
                it_one++;
                it_two++;
                
            }

        }
            return ret;

    }
};
步骤 操作 描述
1 set<int> s1(nums1.begin(), nums1.end()); 将向量 nums1 转换为 set 类型，去除重复元素并排序。
2 set<int> s2(nums2.begin(), nums2.end()); 将向量 nums2 转换为 set 类型，去除重复元素并排序。
3 vector<int> ret; 创建一个空的 vector 用于存储交集元素。
4 auto it_one = s1.begin(); 初始化指向 s1 集合起始位置的迭代器 it_one。
5 auto it_two = s2.begin(); 初始化指向 s2 集合起始位置的迭代器 it_two。
6 while (it_one != s1.end() && it_two != s2.end()) { ... } 循环直到至少有一个迭代器达到其对应集合的末尾。
6.1 if (*it_one > *it_two) { it_two++; } 如果 s1 中的元素大于 s2 中的元素，则移动 s2 的迭代器 it_two。
6.2 else if (*it_one < *it_two) { it_one++; } 如果 s1 中的元素小于 s2 中的元素，则移动 s1 的迭代器 it_one。
6.3 else { ret.push_back(*it_one); it_one++; it_two++; } 如果两个元素相等，则将该元素添加到结果向量 ret 中，并同时移动两个迭代器。
7 return ret; 返回包含交集元素的结果向量 ret。

142. 环形链表 II - 力扣（LeetCode）

cpp 复制代码 
/**
 * Definition for singly-linked list.
 * struct ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode *next;
 *     ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
    ListNode* detectCycle(ListNode* head) {
        set<ListNode*> s1;
        ListNode* cur = head;
        while (cur) {
            //直接判断是否(注意这里判断的是地址，而不是值)    
            if (s1.count(cur)) {
                return cur;
            } else {
                s1.insert(cur);
            }
            cur = cur->next;
        }
        return nullptr;
    }
};
步骤 操作 描述
1 struct ListNode { int val; ListNode *next; ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {} }; 定义链表节点结构，包含值 val 和指向下一个节点的指针 next。
2 ListNode* detectCycle(ListNode* head) 定义检测环的函数，接收链表头节点 head 作为参数。
3 set<ListNode*> s1; 创建一个 set 用于存储遍历过的节点指针。
4 ListNode* cur = head; 初始化一个指针 cur 指向链表头节点 head。
5 while (cur) 当 cur 不为 nullptr 时执行循环。
5.1 if (s1.count(cur)) 检查当前节点是否已经在 set 中。
5.1.1 return cur; 如果当前节点在 set 中，则返回该节点（环的起始节点地址）。
5.2 else { s1.insert(cur); } 如果当前节点不在 set 中，则将其插入 set 中。
5.3 cur = cur->next; 将 cur 指向下一个节点。
6 return nullptr; 如果遍历完链表都没有发现环，则返回 nullptr。

map的使用

参考文档

<map> - C++ Reference (cplusplus.com)

map类的介绍

std::map 的声明及特性

声明

cpp 复制代码 
template <class Key, // map::key_type
          class T,  // map::mapped_type
          class Compare = less<Key>, // map::key_compare
          class Alloc = allocator<pair<const Key, T>> // map::allocator_type
         > class map;
功能特性表格
模板参数 描述
Key 映射的键类型，用于唯一标识一个条目。
T 映射的值类型，即每个键所关联的数据类型。
Compare 比较函数对象类型，默认为 std::less<Key>，用于比较键的大小。可以根据需要自定义。
Alloc 分配器类型，默认为 std::allocator<std::pair<const Key, T>>，用于管理内存分配。
特性 描述
底层实现 使用红黑树（Red-Black Tree），保证插入、删除和查找操作的时间复杂度为 O(log N)。
比较机制 默认使用 std::less<Key> 进行比较，可以自定义比较函数对象。
内存管理 内存从分配器申请，默认使用 std::allocator。可以根据需要自定义分配器。
迭代器遍历 迭代器遍历按照键的升序顺序（中序遍历），因此遍历结果是有序的。

pair类型介绍

什么是 pair？

std::pair 是 C++ 标准库中的一个模板类，用于将两个不同类型的数据组合在一起。它可以看作是一个简单的容器，用来存储两个相关的值。这两个值可以是任意类型，但必须是已知的类型。

pair 的工作原理

1. 定义 pair

假设我们需要存储一个整数和一个字符串，我们可以这样定义一个 pair：

cpp 复制代码 
#include <utility> // 包含pair定义
#include <iostream>

int main() {
    std::pair<int, std::string> myPair;
}

这里 myPair 是一个 pair，它的第一个类型是 int，第二个类型是 std::string。

2. 构造 pair

std::pair 提供了几种构造函数来初始化它的成员变量：

  • 默认构造函数：
cpp 复制代码 
std::pair<int, std::string> myPair; // 默认构造

  • 这会创建一个 pair，其中 first 和 second 都会被初始化为各自类型的默认值（例如 int 为 0，std::string 为一个空字符串）。

  • 初始化构造函数：

cpp 复制代码 
std::pair<int, std::string> myPair(42, "hello"); // 初始化构造

  • 这里直接给 pair 的 first 和 second 成员赋初值。

  • 从其他类型的 pair 构造：

cpp 复制代码 
std::pair<double, char> otherPair(3.14, 'a');
std::pair<int, std::string> convertedPair(otherPair); // 从其他类型构造

  • 这里可以使用一个不同类型的 pair 来构造一个新的 pair。

  • 使用 make_pair：

cpp 复制代码 
std::pair<int, std::string> myPair = std::make_pair(42, "hello");

  • make_pair 是一个方便的函数，用于创建 pair 对象。

3. 访问 pair 的成员

std::pair 有两个成员变量 first 和 second，可以用来访问存储的值：

cpp 复制代码 
std::pair<int, std::string> myPair = std::make_pair(42, "hello");

std::cout << "First: " << myPair.first << std::endl; // 输出 First: 42
std::cout << "Second: " << myPair.second << std::endl; // 输出 Second: hello

map的构造

std::map 的构造接口

构造函数 描述 示例代码
map(); 创建一个空的 std::map。
template <class InputIterator>\nmap(InputIterator first, InputIterator last); 创建一个 std::map，包含从迭代器 first 到 last 的所有元素。 cpp\nstd::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {``{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}};\nstd::map<std::string, int> myMap(vec.begin(), vec.end());\n
map(const map& x); 创建一个 std::map，包含另一个 std::map 的所有元素。 cpp\nstd::map<std::string, int> myMap1 = {``{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}};\nstd::map<std::string, int> myMap2(myMap1);\n
template <class InputIterator>\nmap(InputIterator first, InputIterator last,\nconst key_compare& comp,\nconst allocator_type& alloc = allocator_type()); 创建一个 std::map，包含从迭代器 first 到 last 的所有元素，并使用指定的比较函数和分配器。 cpp\nstd::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {``{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}};\nstd::map<std::string, int, std::greater<std::string>> myMap(vec.begin(), vec.end());\n

std::map 的迭代遍历

遍历方式 描述 示例代码
正向迭代 使用正向迭代器遍历 std::map，默认按照键的升序顺序。 cpp\nfor (const auto &entry : myMap) {\n std::cout << entry.first << ": " << entry.second << std::endl;\n}\n
反向迭代 使用反向迭代器遍历 std::map，按照键的降序顺序。 cpp\nfor (auto rit = myMap.rbegin(); rit != myMap.rend(); ++rit) {\n std::cout << rit->first << ": " << rit->second << std::endl;\n}\n

支持范围 for 循环

描述 示例代码
std::map 支持范围 for 循环，可以直接遍历 std::map 的键值对。 cpp\nfor (const auto &entry : myMap) {\n std::cout << entry.first << ": " << entry.second << std::endl;\n}\n

修改 value 数据

描述 示例代码
可以修改 std::map 中的 value 数据，即 pair 的 second 成员。 cpp\nmyMap["apple"] = 2;\n

不支持修改 key 数据

描述 示例代码
由于 std::map 的键值（key）决定了元素在红黑树中的位置，因此不允许直接修改键值。 （不推荐）cpp\nmyMap["apple"] = "orange"; // 错误做法，实际修改的是 value\n
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
#include <vector>

int main() {
    // 默认构造
    std::map<std::string, int> myMap;

    // 初始化构造
    std::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}};
    std::map<std::string, int> myMapInit(vec.begin(), vec.end());

    // 拷贝构造
    std::map<std::string, int> myMapCopy(myMapInit);

    // 区间构造
    std::map<std::string, int, std::greater<std::string>> myMapDesc(vec.begin(), vec.end());

    // 正向迭代遍历
    std::cout << "Forward iteration:" << std::endl;
    for (const auto &entry : myMapInit) {
        std::cout << entry.first << ": " << entry.second << std::endl;
    }

    // 反向迭代遍历
    std::cout << "Reverse iteration:" << std::endl;
    for (auto rit = myMapInit.rbegin(); rit != myMapInit.rend(); ++rit) {
        std::cout << rit->first << ": " << rit->second << std::endl;
    }

    // 修改 value 数据
    myMapInit["apple"] = 2;

    return 0;
}

map的增删查

std::map 的增删查接口
插入（Insert）
方法 描述 返回值 示例代码
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val); 插入一个键值对 pair，如果键已存在则插入失败。 返回一个 pair，其中 first 是插入位置的迭代器，second 是一个布尔值，表示是否插入成功。 cpp\nstd::pair<std::map<std::string, int>::iterator, bool> result = myMap.insert({``{"apple", 2}});\n
void insert (initializer_list<value_type> il); 插入一个初始化列表，已存在的值不会插入。 无返回值。 cpp\nmyMap.insert({``{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}});\n
template <class InputIterator>\nvoid insert (InputIterator first, InputIterator last); 插入一个迭代器区间内的元素，已存在的值不会插入。 无返回值。 cpp\nstd::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {``{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"orange", 3}};\nmyMap.insert(vec.begin(), vec.end());\n
查找（Find）
方法 描述 返回值 示例代码
iterator find (const key_type& k); 查找键 k，返回指向键 k 的迭代器，如果没有找到则返回 end()。 迭代器 cpp\nauto it = myMap.find("apple");\nif (it != myMap.end()) {\n std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;\n}\n
size_type count (const key_type& k) const; 计算键 k 在 std::map 中出现的次数。 键 k 的出现次数（对于 std::map，最多为 1）。 cpp\nsize_t count = myMap.count("apple");\nstd::cout << "Count of 'apple': " << count << std::endl;\n
iterator lower_bound (const key_type& k); 返回大于等于键 k 的第一个元素的迭代器。 迭代器 cpp\nauto it = myMap.lower_bound("banana");\n
const_iterator lower_bound (const key_type& k) const; 返回大于等于键 k 的第一个元素的常量迭代器。 常量迭代器 cpp\nauto it = myMap.lower_bound("banana");\n
删除（Erase）
方法 描述 返回值 示例代码
iterator erase (const_iterator position); 删除一个迭代器位置的值，返回下一个元素的迭代器。 迭代器 cpp\nauto it = myMap.find("apple");\nif (it != myMap.end()) {\n auto nextIt = myMap.erase(it);\n}\n
size_type erase (const key_type& k); 删除键 k，返回删除的元素数量（对于 std::map，最多为 1）。 删除的元素数量 cpp\nsize_t count = myMap.erase("apple");\nstd::cout << "Erased 'apple': " << count << std::endl;\n
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last); 删除一段迭代器区间的值，返回最后一个未删除元素的迭代器。 迭代器 cpp\nauto rangeBegin = myMap.lower_bound("apple");\nauto rangeEnd = myMap.upper_bound("orange");\nmyMap.erase(rangeBegin, rangeEnd);\n
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
#include <vector>

int main() {
    // 创建一个空的 map
    std::map<std::string, int> myMap;

    // 插入键值对
    std::pair<std::map<std::string, int>::iterator, bool> result = myMap.insert({{"apple", 1}});
    if (result.second) {
        std::cout << "Inserted 'apple': " << result.first->second << std::endl;
    }

    // 使用初始化列表插入
    myMap.insert({{"banana", 2}, {"orange", 3}});

    // 使用迭代器区间插入
    std::vector<std::pair<std::string, int>> vec = {{"grape", 4}, {"mango", 5}};
    myMap.insert(vec.begin(), vec.end());

    // 查找键 "apple"
    auto it = myMap.find("apple");
    if (it != myMap.end()) {
        std::cout << "Found 'apple': " << it->second << std::endl;
    }

    // 计算键 "apple" 的出现次数
    size_t count = myMap.count("apple");
    std::cout << "Count of 'apple': " << count << std::endl;

    // 找到大于等于 "banana" 的元素
    auto lbIt = myMap.lower_bound("banana");
    if (lbIt != myMap.end()) {
        std::cout << "Lower bound of 'banana': " << lbIt->first << ": " << lbIt->second << std::endl;
    }

    // 删除 "apple"
    size_t erasedCount = myMap.erase("apple");
    std::cout << "Erased 'apple': " << erasedCount << std::endl;

    // 删除一段迭代器区间的值
    auto rangeBegin = myMap.lower_bound("banana");
    auto rangeEnd = myMap.upper_bound("orange");
    myMap.erase(rangeBegin, rangeEnd);

    return 0;
}

map的数据修改

std::map 数据修改接口

修改 mapped_type 数据
方法 描述 返回值 示例代码
iterator find (const key_type& k); 查找键 k，返回指向键 k 的迭代器，如果没有找到则返回 end()。通过迭代器可以修改键对应的 mapped_type 值。 迭代器 cpp\nauto it = myMap.find("apple");\nif (it != myMap.end()) {\n it->second = 2;\n}\n
mapped_type& operator[] (const key_type& k); 多功能接口，支持查找、插入和修改数据。如果键 k 已经存在，则返回键对应的 mapped_type 的引用；如果不存在，则插入默认值并返回引用。 mapped_type 的引用 cpp\nmyMap["apple"] = 2;\n
插入接口
方法 描述 返回值 示例代码
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val); 插入一个键值对 pair，如果键已存在则插入失败。返回一个 pair，其中 first 是插入位置的迭代器，second 表示是否插入成功。 pair<iterator, bool>，其中 first 是迭代器，second 是布尔值，表示是否插入成功。 cpp\nstd::pair<std::map<std::string, int>::iterator, bool> result = myMap.insert({``{"apple", 2}});\n

operator[] 的内部实现

方法 描述 返回值 示例代码
mapped_type& operator[] (const key_type& k); 多功能接口，支持查找、插入和修改数据。如果键 k 已经存在，则返回键对应的 mapped_type 的引用；如果不存在，则插入默认值并返回引用。 mapped_type 的引用 cpp\nmapped_type& ref = myMap["apple"];\nref = 2;\n

operator[] 的内部实现示例

描述 示例代码
如果键 k 不在 std::map 中，insert 会插入键 k 和 mapped_type 的默认值，并返回结点中存储的 mapped_type 值的引用。 cpp\nmapped_type& ref = myMap["newKey"];\nref = 5;\n
如果键 k 已经在 std::map 中，insert 会插入失败，但返回的 pair 对象的 first 指向键结点的迭代器，并返回结点中存储的 mapped_type 值的引用。 cpp\nmapped_type& ref = myMap["existingKey"];\nref = 3;\n

构造遍历及增删查使用样例

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

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"}
    };

    // 使用 auto 自动推导类型
    auto it = dict.begin();
    while (it != dict.end()) {
        // 使用迭代器的 operator-> 和 operator* 访问元素
        cout << it->first << ":" << it->second << endl;
        ++it;
    }
    cout << endl;

    // insert 插入 pair 对象的 4 种方式，对比之下，最后一种最方便
    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"});

    // "left" 已经存在，插入失败
    dict.insert({"left", "左边，剩余"});

    // 范围 for 遍历
    for (const auto& e : dict) {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << endl;

    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 接口跟 set 完全类似，这里就不演示讲解了
    return 0;
}

map的迭代器和[]功能样例

为了更好地展示 std::map 的迭代器和 operator[] 功能，我们将给出的示例代码整理并加以解释。以下是两个不同的实现方法，用于统计水果出现的次数，以及一个使用 std::map 的其他功能的示例。

示例 1：使用 find 和迭代器修改功能统计水果出现次数
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    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 (const auto& str : arr) {
        // 先查找水果在不在map中
        auto ret = countMap.find(str);
        if (ret == countMap.end()) {
            // 如果不在，说明水果第一次出现，则插入 {水果, 1}
            countMap.insert({str, 1});
        } else {
            // 如果在，则查找到的节点中水果对应的次数++
            ret->second++;
        }
    }

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

    return 0;
}
示例 2：使用 operator[] 插入和修改功能统计水果出现次数
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    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 (const auto& str : arr) {
        // [] 先查找水果在不在map中
        // 如果不在，说明水果第一次出现，则插入 {水果, 0}，同时返回次数的引用，++ 一下就变成1次了
        // 如果在，则返回水果对应的次数++
        countMap[str]++;
    }

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

    return 0;
}
示例 3：使用 std::map operator[]
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    map<string, string> dict;
    dict.insert(make_pair("sort", "排序"));

    // key不存在->插入 {"insert", ""} （默认构造）
    dict["insert"];

    // 插入+修改
    dict["left"] = "左边";

    // 修改
    dict["left"] = "左边、剩余";

    // key存在->查找
    cout << dict["left"] << endl;

    return 0;
}

multimap和map的差异

让我们以通俗易懂的方式解释 std::map 和 std::multimap 的主要差异，以及它们各自的使用场景。

std::map 和 std::multimap 的主要差异

1. 键的唯一性
  • std::map ：在 std::map 中，键是唯一的。这意味着每个键只能对应一个值。如果你试图插入一个已经存在的键，插入操作将不会成功。
cpp 复制代码 
std::map<std::string, int> myMap;
myMap.insert({"apple", 1});
myMap.insert({"apple", 2}); // 这个操作不会成功

std::multimap ：在 std::multimap 中，键可以重复。这意味着同一个键可以对应多个值。如果你插入一个已经存在的键，新的键值对将会被插入到适当的位置。

例子：

cpp 复制代码 
std::multimap<std::string, int> myMultimap;
myMultimap.insert({"apple", 1});
myMultimap.insert({"apple", 2}); // 这个操作会成功
2. 查找操作

  • std::map ：由于键是唯一的，因此 find 方法总是返回指向特定键的迭代器，如果没有找到，则返回 end()。

    例子：

cpp 复制代码 
auto it = myMap.find("apple");
if (it != myMap.end()) {
    // 找到了 "apple"
}

std::multimap ：由于键可以重复，find 方法返回的是指向键的第一个匹配项的迭代器。此外，equal_range 方法可以返回键的第一个和最后一个匹配项之间的范围。

例子：

cpp 复制代码 
auto range = myMultimap.equal_range("apple");
for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
    // 遍历所有 "apple" 的匹配项
}
3. 插入操作

  • std::map：如果键已经存在，插入操作不会成功。

    例子：

cpp 复制代码 
bool inserted = myMap.insert({"apple", 2}).second; // inserted 为 false

std::multimap：如果键已经存在，插入操作仍然会成功，并将新的键值对插入到适当的位置。

例子：

cpp 复制代码 
bool inserted = myMultimap.insert({"apple", 2}).second; // inserted 为 true
4. 计数操作

  • std::map ：count 方法对于任何键总是返回 1 或 0（键存在与否）。

    例子：

cpp 复制代码 
int count = myMap.count("apple"); // count 为 1 或 0
  • std::multimap ：count 方法可以返回一个键的出现次数，可以大于 1。

例子：

cpp 复制代码 
int count = myMultimap.count("apple"); // count 可能大于 1
5. 删除操作

  • std::map：删除操作通常删除一个键值对。

    例子：

cpp 复制代码 
myMap.erase("apple");
  • std::multimap：删除操作可以删除一个键的所有匹配项。

例子：

cpp 复制代码 
myMultimap.erase("apple");
6. operator[]

  • std::map ：支持 operator[]，可以用于查找、插入和修改键对应的值。

    例子：

cpp 复制代码 
myMap["apple"] = 1;
  • std::multimap ：不支持 operator[]，因为键可以重复，operator[] 只能用于插入新的键值对，而不能用于修改值。

例子：

cpp 复制代码 
// 不支持
// myMultimap["apple"] = 1;
使用 std::map
cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    std::map<std::string, int> myMap;
    myMap.insert({"apple", 1});
    myMap.insert({"banana", 2});

    // 插入重复键，不会成功
    myMap.insert({"apple", 2});

    // 使用 operator[] 修改值
    myMap["apple"] = 3;

    // 输出
    for (const auto& e : myMap) {
        std::cout << e.first << ": " << e.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

使用 std::multimap

题目练习

138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）

cpp 复制代码 
/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:
    int val;
    Node* next;
    Node* random;

    Node(int _val) {
        val = _val;
        next = NULL;
        random = NULL;
    }
};
*/

class Solution {
public:
    Node* copyRandomList(Node* head) {
        map<Node*, Node*> Map;
        Node *tmphead = nullptr, *tmptail = nullptr;
        Node* cur = head;
        // 建立关系
        while (cur) {
            if (tmptail == nullptr) {
                tmphead = tmptail = new Node(cur->val);
            } else {
                tmptail->next = new Node(cur->val);
                tmptail = tmptail->next;
            }
            // 建立map
            Map[cur] = tmptail;
            cur = cur->next;
        }
        // 处理random
        cur = head;
        Node* copy = tmphead;
        while (cur) {
            if (cur->random == nullptr) {
                copy->random = nullptr;
            } else {
                //Map返回cur的value
                copy->random = Map[cur->random];
            }
            cur = cur->next;
            copy = copy->next;
        }

        return tmphead;
    }
};
步骤 描述 目的 代码示例
1 初始化辅助变量 用于存储复制链表的头节点和尾节点 Node *tmphead = nullptr, *tmptail = nullptr;
2 遍历原链表 复制每个节点，并构建新链表 while (cur) {...}
3 新建节点 创建新节点，并设置其值 tmphead = tmptail = new Node(cur->val);
4 连接新节点 将新节点连接到新链表的末尾 tmptail->next = new Node(cur->val);
5 更新尾指针 更新新链表的尾指针 tmptail = tmptail->next;
6 建立映射关系 在 map 中记录原节点与其副本的关系 Map[cur] = tmptail;
7 遍历原链表（第二次） 设置新链表中节点的 random 指针 while (cur) {...}
8 设置 random 指针 根据原节点的 random 指针设置新节点的 random 指针 copy->random = Map[cur->random];
9 返回新链表头节点 最终返回复制的新链表的头节点 return tmphead;
cpp 复制代码 
class Solution {
public:
    class Compare {
        public:
        //比较单词出现数
        bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y) {
            // 如果
            return x.second > y.second || (x.second == y.second && x.first < y.first);
                                            //个数相等，比较单词
        }
    };
     vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
        map<string, int> constmap;
       
        // 统计所有单词
        for (auto it : words) {
            constmap[it]++;
        }
       
        // 将所有数据放进一个vector
        vector<pair<string, int>> v(constmap.begin(), constmap.end());
    
        // 排序(stable_sort--稳定排序)
        //stable_sort(v.begin(), v.end(), Compare());
        sort(v.begin(), v.end(), Compare());
        // for (auto it : v) {
        //     cout<<it.first<<":"<<it.second<<" ";
        // }
        cout<<endl;
       
        // 取前k个
        vector<string> ret;
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            ret.push_back(v[i].first);
        }

        return ret;
    }
};
步骤 描述 目的 代码示例
1 初始化辅助数据结构 存储单词及其出现次数 std::map<std::string, int> freqMap;
2 统计单词出现次数 记录每个单词出现的次数 for (const auto& word : words) { freqMap[word]++; }
3 创建优先队列 用于存储前 k 个频繁元素 std::priority_queue<std::pair<std::string, int>, std::vector<std::pair<std::string, int>>, Compare> pq;
4 遍历统计结果 将统计结果加入优先队列 for (const auto& item : freqMap) { pq.push(item); if (pq.size() > k) { pq.pop(); } }
5 提取前 k 个单词 从优先队列中提取前 k 个单词 std::vector<std::string> result(k); for (int i = k - 1; i >= 0; --i) { result[i] = pq.top().first; pq.pop(); }
6 返回结果 返回前 k 个频繁单词 return result;
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