8、STL中的map和pair使用方法

一、了解

map提供了 key-value(键值对)的存储机制，这使得map成为处理具有唯一键的关联数据的理想选择。无重复值且有序。

map特性
- 键值对存储：每个键都有一个值对应。
- 自动排序：map内部是平衡二叉搜索树（一般用红黑树）。可以自动排序
- 元素具有唯一性：key对应唯一value
- 直接访问：用键key来访问值
- 灵活操作：有许多方便的操作
map的时间复杂度
- 插入操作 ：O(log n)，其中n是std::map中元素的数量。这是因为需要在平衡二叉树中找到合适的位置来插入新元素。
- 删除操作 ：删除操作的时间复杂度同样为O(log n)，需要找到要删除的元素并在保持树平衡的同时移除它。
- 查找操作 ：查找操作的时间复杂度也是O(log n)，由于std::map的有序性，可以快速定位到任何键。
- 遍历操作 ：遍历std::map的时间复杂度为O(n)，因为需要访问容器中的每个元素。

常见问题

1、map和unordered_map有什么区别？

内部实现 ：map基于红黑树，元素有序；unordered_map()基于哈希表元素无序。

性能：对于map，查找、插入和删除操作的时间复杂度通常是O(log n)。对于unordered_map，这些操作的平均时间复杂度是O(1) ，但最坏情况下是O(n)。

内存消耗 ：由于哈希表的开销 ，unordered_map可能会比std::map消耗更多内存。

排序：map中的元素按照键自动排序；unordered_map中的元素没有排序。

2、如何在map中用键key来查找值？

find(key)函数可以返回迭代器。用它来访问。

只要find返回的迭代器不等于 end（）就说明找到了。

3、迭代器失效？

删除时，被删除元素的迭代器会失效。【与list相同】

插入时，不会失效。【与list相同】

map是双向迭代器

4、map：：emplace和map：：insert的区别？

emplace直接构造元素。不会移动构造。

insert需要移动构造，内存消耗大。

使用map所需要的头文件

#include <map>

二、初始化

1、pair的使用

pair头文件

它的头文件是
#include< utility>

1.1、构造pair

构造pair<Type1 , Type2 >
- 记住make_pair的使用，这个经常用。

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    pair<string ,int>p1;
    pair<string ,int>p2=p1;
    pair<string ,int>p3(p2);
    pair<string ,int>p4={"1",1};
    pair<string ,int>p5=make_pair("1",1);
}

1.2、访问pair

first(): 访问第一个
second(): 访问第二个

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    pair<int ,int>p1{1,3};
    cout<<p1.first<<endl;//1
    cout<<p1.second<<endl;//3
}

1.3、pair交换操作

swap（other_pair）
- 当前pair与另一个pair交换

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    pair<int,int>p1{1,3};
    pair<int,int> p2=make_pair(2,4);
    p1.swap(p2);
    cout<<p1.first<<endl;//2
    cout<<p1.second<<endl;//4
}

2、初始化map操作

复制代码

map<KeyType, ValueType> myMap;
键类型 KeyType：必须支持 < 运算符，或传入自定义比较函数。
值类型 ValueType：任意类型（包括自定义类型）。

例子

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    pair<int,int>p1{1,3};
    pair<int,int>p2{2,4};
    map<int,int>map1;
    map<int,int>map2=map1;
    map<int,int>map3(map2);
    map<int,int>map4={{1,3},{2,4}};//大括号来初始化
    map<int,int>map5{{1,3},{2,4}};//大括号来初始化
    map<int,int>map6={pair<int,int>(3,5)};//使用pair
    map<int,int>map7={p1,p2};//使用pair
}

如果我需要不同类型的排序
- 需要自己重载

cpp 复制代码

map<int, string> m1;                      // 键默认升序
map<int, string, greater<int>> m2;        // 键降序排列

// 自定义键类型的比较规则（假设 Key 是自定义类型）
struct Key { int id; string name; };
struct KeyCompare {
    bool operator()(const Key& a, const Key& b) const {
        return a.id < b.id || (a.id == b.id && a.name < b.name);
    }
};
map<Key, string, KeyCompare> customMap;

三、函数使用

1、总结

2、例子

2.1、插入操作

insert( key-value )
- 直接插入键值

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map1.insert(pair<int,int>(3,4));
    map1.insert({3,4});
}

insert({初始化列表})
- 插入初始化列表

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map1.insert({1,3});
    for(auto i:map1){
        cout<<i.first<<" "<<i.second<<" ";//1 2 2 3
    }
}

insert(other_first , other_end)
- 插入另一个map的范围值

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map<int,int>map2={pair<int,int>(3,4),pair<int,int>(4,5)};
    map1.insert(map2.begin(),map2.end());
    for(auto i:map1){
        cout<<i.first<<" "<<i.second<<" ";//1 2 2 3 3 4 4 5
    }
}

insert(pos , {key-value})
- 在pos的位置插入另一个键值，不一定是写成{key-value},也可以写成other_map等等。

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    
    map1.insert(map1.begin(),{1,2});
    for(auto i:map1){
        cout<<i.first<<" "<<i.second<<" ";//1 2 2 3
    }
}

$\]运算法 * 若键存在则修改值，若不存在则创建新元素。$

myMap[1] = "one"; // 插入键 1，值为 "one"
myMap[2] = "two"; // 插入键 2，值为 "two"
myMap[1] = "ONE"; // 更新键 1 的值为 "ONE"

复制代码

* emplace( )
  * 避免临时对象构造，提高效率。

```cpp
myMap.emplace(5, "five");  // 直接构造 pair 对象

2.2、删除操作

erase(key)
- 删除键为key的值

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map1.erase(1);
    for(auto i:map1){
        cout<<i.first<<" "<<i.second<<" ";//2 3
    }
}

erase(fist , end)
- 删除在 first 到 end范围内的值

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map1.erase(map1.begin(),--map1.end());
    for(auto i:map1){
        cout<<i.first<<" "<<i.second<<" ";//2 3
    }
}

2.3、容量操作

empty()
- 判断是否为空，为空返回 1，否则 0

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    if(map1.empty()){
        cout<<"no values"<<endl;
    }else{
        cout<<"have values"<<endl;
    }
    //have values
}

size( )
- 返回当前值的数量

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    cout<<map1.size();
    //2
}

2.4、访问操作

$key\]运算法 * 返回key的值$

int main(int argv,char* argc[]){
map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
cout<<map1[1];
//2
}

复制代码

* at(key)
  * 会提醒越界。返回key的值

```cpp
int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    cout<<map1.at(1);
    //2
}

迭代器
- 返回迭代器指针指向的节点
- 用first和second的获取键和值
- 节点包括[key和value]

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    auto i = map1.begin();
    auto j = --map1.end();
    cout<<i->second;//2
    cout<<j->second;//3
    
}

2.5、查找操作

find(key)
- 返回指向键位置的迭代器，未找到返回 end()。

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    auto i = map1.find(1);
    cout<<i->second;//2
}

count()
- 返回键出现的次数（0 或 1）。

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    auto num = map1.count(1);
    cout<<num;//1
}

2.6、lower_bound和upper_bound

lower_bound(key)
- 首个 >= key的迭代器

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    auto i = map1.lower_bound(1);
    cout<<i->first;//1
    cout<<i->second;//2
}

upper_bound(key)
- 首个 > key的迭代器

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    auto i = map1.upper_bound(1);
    cout<<i->first;//2
    cout<<i->second;//3
}

2.7、交换操作

swap(other_map)
- 交换两个 map

cpp 复制代码

int main(int argv,char* argc[]){
    map<int,int>map1={pair<int,int>(1,2),pair<int,int>(2,3)};
    map<int,int>map2={pair<int,int>(3,4)};
    map1.swap(map2);
    auto i = map1.begin();
    cout<<i->first;//3
    cout<<i->second;//4
}