C++第十节:map和set的介绍与使用

【本节要点】

  • 1.关联式容器
  • 2.键值对
  • 3.map介绍与使用
  • 4.set介绍与使用
  • 5.multimap与multisedd的介绍与使用

一、关联式容器:数据管理的核心利器

关联式容器是STL中用于高效存储和检索键值对(key-value pair)的数据结构,其底层基于红黑树(Red-Black Tree)实现,具备以下特性:

  • 有序性:元素按**键(key)**自动排序(默认升序)。

  • 对数时间复杂度 :插入、删除、查找操作均为 O(logN)

  • 键的唯一性(仅Map和Set):每个键唯一存在,Multimap和Multiset允许重复键。
    应用场景

  • 数据库索引(如MySQL的B+树索引)

  • 配置参数映射(如INI文件解析)

  • 单词频次统计

  • 唯一元素集合管理


二、键值对(Key-Value Pair)

概念 键值对是关联式容器的核心单元,通过键(Key)快速定位值(Value),适用于"一对一"或"一对多"映射场景。

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)
    {}
};

三、Map:高效键值映射

3.1 核心特性

  • 唯一键:每个键只能对应一个值。
  • 自动排序:元素按键升序存储(可自定义比较函数)。

3.2 map的构造

3.3 map的迭代器

3.4 map的容量与元素访问

3.5. map中元素的修改

3.6 map小结

    1. map中的的元素是键值对
    1. map中的key是唯一的,并且不能修改
    1. 默认按照小于的方式对key进行比较
    1. 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
    1. map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高O(log_2 N)
    1. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

四、Set:唯一元素集合

4.1 核心特性

  • 元素即键:存储不重复的元素,仅支持按值查找。
  • 自动去重:插入重复元素无效。

4.2 set的构造

4.3 set的迭代器

4.4 set的容量

4.5 set修改操作

4.6 应用场景

  • 用户ID去重
  • 集合运算(如set_intersection、set_union)

五、Multimap与Multiset:支持重复键的扩展容器

|----------|-------|-------|---------------|
| 容器 | 键是否唯一 | 值是否唯一 | 适用场景 |
| Multimap | 否 | 是 | 邮件地址分组、学生课程映射 |
| Multiset | 否 | 否 | 单词频次统计、学生成绩排名 |

|----------|---------|---------|-------|---------|---------------|
| 容器 | 插入/删除 | 查找 | 键是否唯一 | 是否允许修改键 | 适用场景 |
| Map | O(logN) | O(logN) | 是 | 否 | 需要键值映射的场景 |
| Set | O(logN) | O(logN) | 是 | 否 | 唯一元素集合管理 |
| Multimap | O(logN) | O(logN) | 否 | 否 | 一对多映射(如用户-角色) |
| Multiset | O(logN) | O(logN) | 否 | 否 | 允许重复的统计场景 |

选型建议

  • 若需键值映射键唯一,优先选择Map。
  • 若仅需存储唯一元素,使用Set。
  • 若存在一对多关系,选用Multimap(如用户-邮件地址)。

六、总结

Map和Set作为基于红黑树的关联式容器,提供了平衡的时间复杂度和有序性保障,适用于需要高效查找和唯一性管理的场景。开发者需根据实际需求权衡有序性、唯一性及性能因素,灵活选择容器类型(Map vs unordered_map、Set vs Multiset),并合理使用API以避免潜在陷阱(如下标操作副作用)。深入理解其底层原理,有助于在复杂系统中设计高效的数据结构。


以上就是关于树型结 构的关联式容器主总结 ,如果有发现问题的小伙伴,请在评论区说出来哦。后面还会持续更新C++相关知识,感兴趣请持续关注我哦!!

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