引言
本文深度解析了C++中map/set与unordered_map/unordered_set这两类关联容器的核心区别 。基于红黑树实现的有序容器提供稳定的O(log n)操作复杂度与元素自动排序，适用于需要顺序遍历和范围查询的场景 ；而基于哈希表实现的无序容器则在平均情况下提供O(1)的极致访问速度，适合对单点操作性能要求极高且不关心元素顺序的应用 。
目录
一、核心区别
| 特性 | map / set |
unordered_map / unordered_set |
|---|---|---|
| 底层数据结构 | 红黑树 | 哈希表 |
| 元素排序 | 元素自动排序（按 key 升序） | 元素无序存储（顺序不确定） |
| 时间复杂度 | 增删查：O(log n) | 平均情况增删查：O(1) 最坏情况增删查：O(n) |
| 迭代器功能 | 提供正向 和反向 迭代器 迭代顺序是确定的、有序的 | 通常只提供正向 迭代器 迭代顺序是不确定的、无序的 |
| 是否需要哈希函数 | 不需要，只需定义 < 比较运算符 |
必须为 key 定义有效的哈希函数 |
| 自定义 Key 要求 | 需要定义 < 运算符或传入自定义比较器 |
需要定义 == 运算符和 std::hash 特化（或自定义哈希函数） |
| 内存占用 | 通常较高（树节点结构开销） | 通常较低，但存在哈希桶的数组开销和可能的负载因子浪费 |
| 适用场景 | 1. 需要元素有序 遍历 2. 需要按顺序进行范围查询 3. 需要稳定性和可预测的性能 | 1. 对单点访问速度 要求极高 2. 不关心元素顺序 3. 哈希函数分布均匀，能避免最坏情况 |
-
选择
map/set当：你需要元素始终保持有序，或者需要频繁地进行范围查询（如"找出所有年龄在20到30之间的人"），或者你无法为一个复杂的 key 设计出高效的、分布均匀的哈希函数。 -
选择
unordered_map/unordered_set当 ：你的主要操作是快速的单点查找、插入和删除，并且元素的顺序完全无关紧要。在大多数情况下，如果你的 key 是基础类型或标准库字符串，并且不要求顺序，unordered_版本会提供更好的性能。
二、性能对比
说到一个容器的性能，我们最关心的实际就是该容器增删查改的效率。我们可以通过下列代码测试set容器和unordered_set容器insert、find以及erase的效率。
效率的对比肯定是需要对比执行相应操作的时间，这里我们来介绍一下相关的类型和函数：
-
cloxk_t
clock_t是一个算术类型（通常是long或long long），用于存储处理器时间值。 -
clock()
clock()返回的值单位是 时钟滴答，要转换为秒，需要除以CLOCKS_PER_SEC宏。
clock() 函数 + clock_t 类型的主要作用：测量程序使用的 CPU 时间（处理器时间）。
cpp
//红黑树/哈希表的性能对比
#include<iostream>
#include<vector>
#include<time.h>
#include<set>
#include<unordered_set>
using namespace std;
int main()
{
int N = 100000;
vector<int> v;
v.reserve(N);
srand((unsigned int)time(NULL));
//随机生成N个数字
for (int i = 0; i < N; i++)
{
v.push_back(rand());
}
/****************插入效率测试****************/
//将这N个数插入set容器
set<int> s;
clock_t begin1 = clock();
for (auto e : v)
{
s.insert(e);
}
clock_t end1 = clock();
//将这N个数插入unordered_set容器
unordered_set<int> us;
clock_t begin2 = clock();
for (auto e : v)
{
us.insert(e);
}
clock_t end2 = clock();
//分别输出插入set容器和unordered_set容器所用的时间
cout << "set insert: " << end1 - begin1 << endl;
cout << "unordered_set insert: " << end2 - begin2 << endl;
/****************查找效率测试****************/
//在set容器中查找这N个数
clock_t begin3 = clock();
for (auto e : v)
{
s.find(e);
}
clock_t end3 = clock();
//在unordered_set容器中查找这N个数
clock_t begin4 = clock();
for (auto e : v)
{
us.find(e);
}
clock_t end4 = clock();
//分别输出在set容器和unordered_set容器中查找这N个数所用的时间
cout << "set find: " << end3 - begin3 << endl;
cout << "unordered_set find: " << end4 - begin4 << endl;
/****************删除效率测试****************/
//将这N个数从set容器中删除
clock_t begin5 = clock();
for (auto e : v)
{
s.erase(e);
}
clock_t end5 = clock();
//将这N个数从unordered_set容器中删除
clock_t begin6 = clock();
for (auto e : v)
{
us.erase(e);
}
clock_t end6 = clock();
//分别输出将这N个数从set容器和unordered_set容器中删除所用的时间
cout << "set erase: " << end5 - begin5 << endl;
cout << "unordered_set erase: " << end6 - begin6 << endl;
return 0;
}当N为100000时，set容器和unordered_set容器增删查改的效率差异并不大，在Debug版本下的测试结果如下：
在Release版本下，set容器和unordered_set容器对1000个数做增删查改操作所用的时间更是被优化到了接近0毫秒。
注意： 这里给出的N值仅作参考，在不同的测试环境下可能不同。
总结
根据测试结果可以得出以下结论：
- 当处理数据量小时，map/set容器与unordered_map/unordered_set容器增删查改的效率差异不大。
- 当处理数据量大时，map/set容器与unordered_map/unordered_set容器增删查改的效率相比，unordered系列容器的效率更高。
因此，当处理数据量较大时，建议选用对应的unordered_set/unordered_map容器。
注意：当需要存储的序列为有序时，应该选用map/set容器。
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