CPP学习之map和set

1. 关联式容器

在之前博客中我们提到过序列式容器：vector, list, deque, forward_list等，其底层都是线性数据结构。

关联式容器存储的是键值对--<key, value>，与序列式容器仅存储值--key不一样，在数据检索时比序列式容器效率更高。

2. 键值对

键值对<key, value>，key与value形成映射关系，比如建立英汉字典，key为英文单词，对应的value就是中文意思。

SGI-STL中关于键值对的定义：

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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)
{}
};

3. 树形结构的关联式容器

树形结构的关联式容器有以下四种：set、multiset、map、multiset。

这四种容器的底层数据结构是平衡搜索树(红黑树)，元素的序列是有序的。

3.1 set

3.1.1 容器性质：

按照次序存储；

set的key就是value（<value, value>），而且每个value都是唯一的，容器内的元素不能修改（元素都是const类型）,但可以进行插入和删除；

元素内部按照特定严格弱排序准则进行排序；

set底层数据结构是红黑树；

set内元素不可重复；

容器内查找元素的时间复杂度为O(logN)；

用set的迭代器迭代容器，得到的是有序序列。

注意：multiset可以存储相同的元素，不会去重。

3.1.2 使用：

set容器相关功能具体请参考：set -C++ Reference

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// 各容器中，涉及到区间的函数，操作的都是左闭右开
// set 和 multiset，一个排序去重，一个排序不去重
// 在multiset中，find找的是中序第一个，其count的使用比set的count更有意义
// set的iterator都是const修饰过的，这样是为了防止内部树结构被破坏

void test_1()
{
	set<int> s1; //排序+去重

	s1.insert(1);
	s1.insert(2);
	s1.insert(3);
	s1.insert(4);
	if (s1.find(2) != s1.end()) //set找内容方式1
	{
		cout << "找到了" << endl;
	}

	if (s1.count(3)) //set找内容方式2
	{
		cout << "找到了" << endl;
	}

	set<int>::iterator sit = s1.begin();
	while (sit != s1.end())
	{
		cout << *(sit++) << " ";
	}
	cout << endl;

}

void test_2()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	set<int> s1;
	for (auto e : arr)
	{
		s1.insert(e * 10);
	}
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	set<int>::iterator itlow, itup;
	//itlow和itup组成左闭右开区间
	itlow = s1.lower_bound(30); //此处是30，>=号
	itup = s1.upper_bound(70); //此处是80，因为是>号
	s1.erase(itlow, itup);
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " "; //80没被删除，这就是左闭右开
	}
	cout << endl;

	s1.insert(50);
	s1.insert(50);
	s1.insert(50);
	s1.insert(50);

	pair<set<int>::iterator, set<int>::iterator> ret;
	ret = s1.equal_range(50); //pair存两个迭代器，第一个指向最后的50，第二个指向80
	set<int>::iterator itlow_bound = ret.first;
	auto itup_bound = ret.second;

	cout << *itlow_bound << endl;
	cout << *itup_bound << endl;

}

void test_3()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	multiset<int> s1; //排序不去重
	for (auto e : arr)
	{
		s1.insert(e * 10);
	}
	s1.insert(50);
	s1.insert(50);
	s1.insert(50);
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	pair<multiset<int>::iterator, multiset<int>::iterator> ret;
	ret = s1.equal_range(50); //存放了multiset里指向第一个50和第一个60的迭代器
	auto itlow_bound = ret.first;
	auto itup_bound = ret.second;

	cout << *itlow_bound << endl;
	cout << *itup_bound << endl;

	s1.erase(itlow_bound, itup_bound); //删除s1内所有的50
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

}

3.2 map

3.2.1 容器性质

map是存储键值对的容器<key, value>;

key和value的类型可以不同，key与value成映射关系。为了将键值对这种元素存入map中，我们使用结构体pair将键值对绑定在一起；

在容器内，元素按照key进行排序，但同样地不允许存入相同的key，不同key可以存入相同的value；

map支持下标访问符：value == map[key]，其中value与key是绑定的；

map通常被实现为搜索二叉树，更准确的说是红黑树。

注意：multiset可以存储相同的键，不会去重。

3.2.2 使用

map容器相关功能具体请参考：map - C++ Reference

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// 关于map
// C++11之后支持多参数的构造函数的隐式类型转换
// 因为C++返回参数只有1个，所以我们可以用结构体来包含多参数然后返回，map存储的内容就是一个个这样的结构体
// 键值对，用make_pair或者隐式类型转换构造出键值对结构存入map中最为方便
// first为键，second为值，键不可修改，值可以；插入一个键相同，但值不相同，则不会插入进去，而且值也不修改
// map最关键的函数：[]重载，既可以插入数据，也可以修改数据，还能访问数据
void test_4()
{
	map<string, string> dict; //键值对
	dict.insert({ "apple", "苹果" }); //隐式类型转换，C++11后支持
	dict.insert(make_pair("peach", "桃子")); //C++98后支持,建议用这种方式
	pair<string, string> kv = { "banana", "香蕉" };
	dict.insert(kv);
	dict.insert(pair<string, string>("melon", "甜瓜"));

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << it->first << " " << it->second << endl;
		it++;
	}

}

void test_5()
{
	map<string, int> count_map;
	string arr[] = { "西瓜", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	
	for (auto& e : arr)
	{
		auto it = count_map.find(e); //找到就返回对应迭代器，找不到就返回count_map的end
		if (it == count_map.end())
		{
			count_map.insert(make_pair(e, 1));
		}
		else
		{
			it->second++;
		}
	}
	
	//for (auto& e : arr)
	//{
	//	count_map[e]++; //map的中括号可搜索内容并返回映射值
	//}
	for (auto& e : count_map)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
}

4. 总结

本文简述了关联式容器map和set的性质和使用，如有错误，请批评指正，谢谢。