set是C++中的一种关联容器，具有以下特点：
存储唯一元素（不允许重复）
元素自动排序（默认升序）
基于红黑树实现（平衡二叉搜索树）
插入、删除和查找的时间复杂度为O(log n)
前言
在C++标准模板库(STL)中，set和pair是两个非常重要且常用的组件。set是一种关联式容器，提供高效的查找、插入和删除操作；pair则是将两个值组合成一个单元的实用工具。本文将深入探讨它们的特性、用法以及实际应用场景。
1. pair 模板类详解
1.1 pair 的基本概念
pair 是 C++ 标准模板库中的一个实用模板类，定义在 <utility> 头文件中。它将两个值组合成一个单元，这两个值可以是相同或不同的类型。
cpp
#include <utility> // 包含pair的定义
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 创建pair的三种方式
pair<int, string> p1(1, "Apple"); // 直接构造
auto p2 = make_pair(2, "Banana"); // 使用make_pair函数
pair<int, string> p3 = {3, "Orange"}; // C++11统一初始化
// 访问pair的成员
cout << "p1: " << p1.first << ", " << p1.second << endl;
cout << "p2: " << p2.first << ", " << p2.second << endl;
cout << "p3: " << p3.first << ", " << p3.second << endl;
return 0;
}pair<T1, T2> 模板接受两个类型参数 first 和 second 是pair的两个公有成员，用于访问存储的值 make_pair 可以自动推导类型，比直接构造更简洁
1.2 pair 的比较操作
pair支持比较运算符，按照字典序进行比较：先比较first，如果first相等再比较second。
cpp
pair<int, int> a(1, 2);
pair<int, int> b(1, 3);
pair<int, int> c(2, 1);
cout << boolalpha;
cout << (a < b) << endl; // true (1==1, 2<3)
cout << (a < c) << endl; // true (1<2)
cout << (b < c) << endl; // true (1<2)2. set 容器详解
set 的构造和初始化
cpp
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
int main() {
// 空set
set<int> s1;
// 初始化列表(C++11)
set<int> s2 = {3, 1, 4, 1, 5}; // 实际存储1,3,4,5
// 使用数组范围初始化
int arr[] = {2, 4, 6, 4, 2};
set<int> s3(arr, arr + 5); // 存储2,4,6
// 拷贝构造
set<int> s4(s3);
// 输出set内容
cout << "s2: ";
for(int num : s2) cout << num << " ";
cout << "\ns3: ";
for(int num : s3) cout << num << " ";
return 0;
}set 会自动去重和排序 可以使用数组指针作为迭代器范围初始化 基于范围的for循环可以方便地遍历set
set 的常用操作
插入元素
cpp
set<string> fruits;
fruits.insert("Apple");
fruits.insert("Banana");
fruits.insert("Orange");
// 检查插入是否成功
auto ret = fruits.insert("Apple"); // 尝试重复插入
if(!ret.second) {
cout << "Apple already exists in set" << endl;
}删除元素
cpp
// 通过值删除
fruits.erase("Banana");
// 通过迭代器删除
auto it = fruits.find("Orange");
if(it != fruits.end()) {
fruits.erase(it);
}
// 删除范围
set<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
nums.erase(nums.find(2), nums.find(4)); // 删除[2,4)查找元素
cpp
set<int> s = {10, 20, 30, 40, 50};
// 使用find()
auto it = s.find(30);
if(it != s.end()) {
cout << "Found: " << *it << endl;
}
// 使用count()
if(s.count(25) > 0) {
cout << "25 exists" << endl;
} else {
cout << "25 doesn't exist" << endl;
}如果找到元素 ：返回指向该元素的迭代器 如果找不到元素 ：返回 s.end()，即指向 set 末尾的迭代器（不指向任何有效元素）。
set 与 pair 的结合使用
cpp
// 使用pair作为set的元素
set<pair<int, string>> studentScores;
studentScores.insert({90, "Alice"});
studentScores.insert({85, "Bob"});
studentScores.insert({95, "Charlie"});
// 遍历
for(const auto& entry : studentScores) {
cout << entry.second << ": " << entry.first << endl;
}
/*
输出：
Bob: 85
Alice: 90
Charlie: 95
*/性能对比
| 操作 | 时间复杂度 | 说明 |
|---|---|---|
| insert() | O(log n) | 插入元素并保持有序 |
| erase() | O(log n) | 删除元素 |
| find() | O(log n) | 查找元素 |
| count() | O(log n) | 检查元素是否存在 |
| size() | O(1) | 获取元素数量 |
| empty() | O(1) | 检查是否为空 |
pair、set 和 map 的联系与区别
| 特性 | std::pair |
std::set |
std::map |
|---|---|---|---|
| 元素类型 | 任意两种类型的组合 | 单一类型 | pair<const Key, Value> |
| 元素数量 | 固定两个成员(first和second) | 动态变化 | 动态变化 |
| 排序方式 | 无排序 | 按元素值排序 | 按键排序 |
| 唯一性 | 不适用 | 元素值唯一 | 键唯一 |
| 访问方式 | 直接访问.first和.second | 通过迭代器 | 通过键或迭代器 |
| 查找效率 | 不适用 | O(log n) | O(log n) |
| 插入操作 | 直接构造 | insert()/emplace() | insert()/emplace()/operator[] |
| 典型应用场景 | 多返回值、map元素 | 需要唯一且有序的集合 | 键值对关联存储 |
| 内存结构 | 连续存储两个成员 | 树状结构 | 树状结构 |
| 修改限制 | 两个成员都可修改 | 元素不可修改(只能删除后插入) | 键不可修改，值可修改 |
std::set 的 "元素值唯一"
含义 ：set 中存储的每个元素值都必须是唯一的，不能有重复。
cpp
std::set<int> numbers = {1, 2, 2, 3}; // 实际存储：{1, 2, 3}底层机制 ：set 在插入新元素时，会检查是否已存在相同的值。如果存在，则不会插入。
std::map 的 "键唯一"
含义 ：map 中每个元素的键（key） 必须是唯一的，但**值（value）**可以重复
cpp
std::map<std::string, int> ages = {
{"Alice", 25},
{"Bob", 25}, // 值可以重复
{"Alice", 30} // 键重复！第二个 "Alice" 会覆盖第一个
};两个键 "Alice" 冲突时，后者会覆盖前者的值（最终 "Alice" 对应 30）。值 25 可以重复出现（如 "Alice" 和 "Bob" 的值都是 25）
总结
pair 和 set 是C++ STL中非常重要的两个组件：
pair 用于将两个值组合成一个单元 set 用于维护一个唯一、有序的集合
它们可以单独使用，也可以结合使用（例如 set<pair<T1, T2>>）。理解它们的特性和正确使用方式，可以大大提高C++编程的效率和质量。