【STL】set，multiset，map，multimap的介绍以及使用

关联式容器

在C++的STL中包含序列式容器和关联式容器

1.关联式容器：它里面存储的是元素本身，其底层是线性序列的数据结构，比如：vector，list，deque，forward_list(C++11)等

2.关联式容器里面储存的是<key，value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

注意：stack，queue，priority_queue这些都属于容器适配器，其底层都是vector，list，deque等

键值对

这种结构通常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：

cpp 复制代码

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)
    {}
};

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。

set

set的介绍

管方英文介绍：

中文介绍：

set是按照一定次序存储元素的容器，使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
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。

它的迭代器都是const_iterator

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。当我们没有传入比较函数时它默认使用小于来进行比较

4.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。s所以在set中查找某个元素，时间复杂度为：O(logN)

6.与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。所以在set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。

7.set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)，并且set中的元素不允许修改，如果你修改了set的某个元素，那么它的底层的树状结构就会被破坏

注意：我们不能对set容器中的单个元素进行修改，如果修改，那么就会破坏它底层的树状结构

set的使用

1. 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。

set的底层实现：

从它的底层实现也可以看出来，它只有一个key值，但在底层它是<value, value>（<key_type, value_type>）键值对结构

Compare：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

2. set的构造

1.构造某类型的一个空容器

cpp 复制代码

set<int> N1; //构造int类型的空容器
set<double> N2; //构造double类型的空容器
set<char> N3; //构造char类型的空容器

2.用 [first, last) 区间中的元素构造 set

cpp 复制代码

int a[] = { 4,2,1,5,224,253,235,4,3456,4575,567 };
set<int> N4(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));

for (const auto& e : N4)
{
	cout << e << ' ';
}
cout << endl;

排序 + 去重

3.set的拷贝构造

cpp 复制代码

set<int> N5(N4);
for (const auto& e : N5)
{
	cout << e << ' ';
}
cout << endl;

4.构造一个某类型的空容器，比较方式指定为大于

cpp 复制代码

set<int, greater<int>> N6

set的成员函数

set常用的成员函数：

|-----------------|-----------------------------|
| 成员函数 | 功能 |
| insert | 插入指定元素 |
| erase | 删除指定元素 |
| find | 寻找指定元素 |
| size | 查看当前容器中的有效元素 |
| empty | 判断该容器是否为空 |
| clear | 清空容器中所以元素 |
| swap | 交换两个容器中的数据 |
| count | 统计指定的元素在该容器中的出现次数 |
| lower_bound | 返回一个大于或等于指定元素的迭代器 |
| uuper_bound | 返回指定元素下一个位置的迭代器（大于指定元素的迭代器） |

迭代器：

|------------|----------------------|
| begin | 返回set第一个元素的迭代器 |
| end | 返回set最后一个元素下一个位置的迭代器 |
| rbegin | 返回set最后一个元素的迭代器 |
| rend | 返回set第一个元素的前一个位置的迭代器 |

常用的成员函数的使用：

cpp 复制代码

int main()
{
    set<int> N1;

	//insert
	//若key不在在树中，则返回pair<树里面key所在结点的iterator，true>
	//若key已经在树中，则返回pair<树里面key所在结点的iterator，false>
	N1.insert(7);
	N1.insert(12);
	N1.insert(10);

	for (const auto& e : N1) cout << e << ' ';  // 7 10 12 
	cout << endl;
	N1.erase(7);
	N1.erase(10);

	for (const auto& e : N1) cout << e << ' '; // 12
	cout << endl;

	//set<int>::iterator it = N1.find(12);
	//find找到指定元素后就会返回它的迭代器，否则，返回end()迭代器
	if (N1.find(12) != N1.end()) cout << "true" << endl; // true
	else cout << "false" << endl;
	if (N1.count(12)) cout << "true" << endl; // true
	else cout << "false" << endl;
	if (N1.find(10) != N1.end()) cout << "true" << endl; // false
	else cout << "false" << endl;
	if (N1.count(10)) cout << "true" << endl; // false
	else cout << "false" << endl;

	cout << N1.size() << endl; // size: 1

	cout << N1.empty() << endl; // 0

	N1.clear();
	cout << N1.empty() << endl; // 1

	//多参数的隐式类型转换
	set<int> N2({2,342,25,123});
	N1.insert(888);
	N1.insert(88);
	N1.insert(8888);

	cout << "N2： ";
	for (const auto& e : N2) cout << e << ' '; // 2 25 123 342
	cout << endl;
	//交换两个容器的数据
	swap(N1, N2);

	cout << "N1: ";
	for (const auto& e : N1) cout << e << ' '; // 2 25 123 342
	cout << endl;
	cout << "N2: ";
	for (const auto& e : N2) cout << e << ' '; // 88 888 8888
	cout << endl;

	set<int>::iterator itlow, itup;

	itlow = N1.lower_bound(1); // 返回 >= 指定元素的迭代器
	itup = N1.upper_bound(128); // 返回 > 指定元素的迭代器
	cout << *itlow << endl; // 2
	cout << *itup << endl; // 342

	while (itlow != itup) cout << *(itlow++) <<' '; //2 25 123

	return 0;
}

迭代器：

begin() 和 end()

cpp 复制代码

int main()
{
    int a[] = { 4,2,1,5,224,253,235,4,3456,4575,567 };
	set<int> N1(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));

	set<int> N2(N1.begin(), N1.end());
    cout << "N2: ";
    for (const auto& e : N2)
    {
	    cout << e << ' ';
    }
    cout << endl;
    
	return 0;
}

rbegin() 和rend()

cpp 复制代码

int main()
{
    int a[] = { 4,2,1,5,224,253,235,4,3456,4575,567 };
    set<int> N1(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));

    set<int>::reverse_iterator it = N1.rbegin();

    while (it != N1.rend())
    {
	    cout << *it << ' ';
	    ++it;
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

multiset

multiset的介绍以及使用

与set所有接口一样，用法也一样，只有一个本质区别，那就是multiset这个容器允许数据冗余，它的结构模型中允许出现相同的元素（map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。）

这里展示与set有区别的接口：

|-----------------|-----------------------------------|----------------------------------------------------------|
| 成员函数 | set | multiset |
| find | 找寻指定元素，并返回它的迭代器，否则，返回end()迭代器 | 找寻指定元素（如果数据冗余，则返回这一组数据的第一个元素的迭代器）， 否则，返回end()迭代器 |
| count | 统计指定元素出现次数 | 统计指定元素出现次数 |
| equal_bound | 返回一个只有相同元素区间 | 返回一个只有相同元素区间 |

其实我们可以看到除了find函数，另外两个函数就是为了multiset这个容器而创造的

find，count，equal_bound的使用

cpp 复制代码

int main()
{
	//multiset
	multiset<int> N1({10,124,123,10,10,10,10,1,5,6,8,3});
	
	for (const auto& e : N1) cout << e << ' '; // 1 3 5 6 8 10 10 10 10 10 123 124
	cout << endl;

	//find
	multiset<int>::iterator it = N1.find(10);
	while (it != N1.end()) cout << *it++ << ' '; // 10 10 10 10 10 123 124
	cout << endl;

	//count
	cout << N1.count(10) << endl; // 5

	//pair<multiset<int>::iterator, multiset<int>::iterator> it1 = N1.equal_range(10);
	auto it1 = N1.equal_range(10);
	auto itfir = it1.first;
	auto itsed = it1.second;

	N1.erase(itfir, itsed);
	for (const auto& e : N1) cout << e << ' '; // 1 3 5 6 8 123 124

	return 0;
}

map

map的介绍

官方英文介绍：

中文介绍：

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 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，与set不一样map可以修改value，所以它的迭代器并不都是const。

可以看它的底层实现，它通过在key前面加const，禁止修改key，这个设计非常巧妙

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))。

map的使用

1. map的模板参数说明

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，缺省情况下按照小于来比较，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)

Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器

注意：在使用map时，需要包含头文件。

2. map的构造

1.指定key和value的类型构造一个空容器

cpp 复制代码

map<string, int> M1; //构造一个key为double，value为int的容器
map<string, string> M1; //构造一个key为double，value为int的容器

2.使用迭代器区间进行初始化

cpp 复制代码

map<string, int> M3(M2.begin(), M2.end());

3.map的拷贝构造

cpp 复制代码

map<string, int> M2(M1); //拷贝M1的数据给M2

4.构造一个某类型的空容器，比较方式指定为大于

cpp 复制代码

map<string, int, greater<string>> M4;

map的成员函数

常用的成员函数：

|-----------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 成员函数声明 | 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代表释放插入成功声明中的value_type是 typedef pair<const Key, T> value_type; |
| void erase ( iterator position ) | 删除指定位置的元素 |
| size_typeerase( const key_type& x ) | 删除键值为x的元素 |
| void erase ( iterator first, iterator last ) | 删除[first, lat)区间的元素 |
| void swap ( map& mp ) | 交换两个map中的元素 |
| void clear ( ) | 清空map中的元素 |
| 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 |
| 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 |
| bool empty ( ) const | 检测map中的元素是否为空，是返回 true，否则返回false |
| size_type size() const | 返回map中有效元素的个数 |
| mapped_type& operator[] (const key_type& k) | 返回去key对应的value |

迭代器：

|------------------|-----------------------------------------------------------|
| begin()和 end() | begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置 |
| rbegin()和 rend() | 反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其 ++和--操作与begin和end操作移动相反 |

常见成员函数的使用

cpp 复制代码

map<string, int> M1;

insert的使用

cpp 复制代码

pair<iterator, bool> insert ( const value_type & x)

方法1：实例化一个pair类型的P1对象，根据这个P1对象来初始化M1

cpp 复制代码

pair<string, int>  P1("nxbw", 10);
M1.insert(P1);

方法2：使用pair的匿名对象

cpp 复制代码

M1.insert(pair<string, int>());

方法3：使用make_pair函数

cpp 复制代码

M1.insert(make_pair("nxbw", 10));

这里推荐使用方法三，比较方便，简洁

insert的返回值也是一个pair对象，pair对象的第一个成员变量的类型是map，第二个成员变量的类型是bool类型

若key不在在树中，则返回pair<树里面key所在结点的iterator ，true>

若key已经在树中，则返回pair<树里面key所在结点的iterator，false>

erase

使用迭代器进行删除

cpp 复制代码

void erase ( iterator position )

cpp 复制代码

map<string, int> M1; 
M1.insert(make_pair("AB", 7));
M1.insert(make_pair("ABC", 8));
M1.insert(make_pair("ABCD", 9));
M1.insert(make_pair("ABCDE", 10));
M1.erase(M1.begin());
for(const auto& e : M1) cout << e.first << ' ' << e.second << endl; //e是M1的元素
cout << endl;

使用键值删除

cpp 复制代码

size_type erase ( const key_type& x )

cpp 复制代码

size_t n = M1.erase("AB");
cout << n << endl; //1
n = M1.erase("ABf");
cout << n << endl; //0

删除成功返回1，否则0

使用迭代器区间删除

cpp 复制代码

map<string, int> M1; 
M1.insert(make_pair("AB", 7));
M1.insert(make_pair("ABC", 8));
M1.insert(make_pair("ABCD", 9));
M1.insert(make_pair("ABCDE", 10));
M1.erase(++M1.begin(), M1.end());
for(const auto& e : M1) cout << e.first << ' ' << e.second << endl; //e是M1的元素
cout << endl;

swap

cpp 复制代码

map<string, int> M2;
M2.insert(make_pair("nxbw", 666));
swap(M1, M2);
for (const auto& e : M2) cout << e.first << ' ' << e.second << endl;
cout << endl <<"M1: ";
for (const auto& e : M1) cout << e.first << ' ' << e.second << endl;
cout << endl;

clear

cpp 复制代码

M1.clear();
for (const auto& e : M1) cout << e.first << ' ' << e.second << endl;
cout << endl;

find

通过键值寻找，如果找到键值，那么find就返回键值所在结点的迭代器，否则返回end()

cpp 复制代码

map<string, int>::iterator it = M1.find("AB");
cout << it->first << ' ' << it->second << endl;

其他几个接口很简单这里就不演示了

还有一个接口在map中很关键

operator[]重载

以上是map的底层，结点和迭代器的实现代码，注意它的迭代器返回的是pair对象的指针或者引用

看下面例子

cpp 复制代码

int main()
{
    map<string, int> M1;
	string str[] = { "苹果", "苹果", "香蕉", "香蕉", "苹果", "梨子", "梨子", "梨子" };
	for (auto e : str)
	{
		map<string, int>::iterator it = M1.find(e);
		if (it == M1.end())
		{
			M1.insert(make_pair(e, 1));
		}
		else
		{
			it->second++;
		}
	}

	for (const auto& e : M1)
	{
		cout << e.first << ' ' << e.second << endl;
	}

    return 0;
}

如果没有重载**operator[]**我们只能像上面那种写法一样

使用**operator[]**更改之后

cpp 复制代码

int main()
{
    map<string, int> M1;
    string str[] = { "苹果", "苹果", "香蕉", "香蕉", "苹果", "梨子", "梨子", "梨子" };
    for (auto e : str) M1[e]++;
    for (const auto& e : M1) cout << e.first << ' ' << e.second << endl;
}

是不是觉得很神奇

我们来看看operator[ ]它底层是怎么实现的

主要还是理解这段代码

cpp 复制代码

(*((insert(value_type(k, T()))).first)).second

我们分开分析一下

1.向map中插入指定元素，因为value_type的T可以是任意类型，所以它给了匿名对象T()

2.insert不管插入成功还是失败都会会返回key所在结点的迭代器和bool值，可以我们先找到它的迭代器 ((insert(value_type(k, T()))).first)

3.找到迭代器之后，我们就可以通过解引用来访问它的value值

对map的总结：

map中的的元素是键值对
map中的key是唯一的，并且不能修改
默认按照小于的方式对key进行比较
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
map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高 O(logN)
支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

multimap

multimap的介绍以及使用

官方英文介绍：

中文介绍：

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

注意：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。

multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的，这里就不细讲了

注意：

multimap中的key是可以重复的。
multimap中的元素默认将key按照小于来比较
multimap中没有重载operator[]操作，在multimap中可以存在多个重复的key值，使用operator会映射出多个不同的value值
使用时与map包含的头文件相同：