019-C++之map和set

czxyvX2026-02-10 17:43

019-C++之map和set

1. 关联式容器

对于STL中的vector、list、deque、forward_list等，这些容器被称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。

而关联式容器虽然存储的是数据，但是里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

2. 键值对

键值对用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value代表对应信息，比如我们的身份证，世界上可能有很多重名的人，但是对于身份证号就是这个人的唯一标识，此时只需要通过身份证号就可以和一个人的信息对应起来，这就形成了一一对应的关系，这里的身份找就是key，一个人的信息就是value。

在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;
    first_type first;
    second_type 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

STL中共实现了两种不同结构的关联式容器：树形结构和哈希结构。

树形结构的管理是容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。

这四种容器都是以平衡搜索树（红黑树）为底层，容器中是一个有序的序列。

其中map、set不允许存储相同键值的元素，而multimap、multiset允许存储相同键值的元素。

下面重点介绍map和set，multimap和multiset了解即可。

4. set

4.1 set的介绍

文档介绍：set - C++ Reference

下面介绍一些常用的接口。

4.2 set的使用

set的模板参数列表：

cpp 复制代码 
template < class T,                        // set::key_type/value_type
           class Compare = less<T>,        // set::key_compare/value_compare
           class Alloc = allocator<T>      // set::allocator_type
           > class set;
  • T：set中存放元素的类型
  • Compare：排序规则，默认为升序
  • Alloc：空间管理方式，默认为STL提供的空间配置器

4.3 set的构造

cpp 复制代码 
// 空的构造，explicit作用：不允许隐式类型转换
explicit set (const key_compare& comp = key_compare(),
              const allocator_type& alloc = allocator_type());

// 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
set (InputIterator first, InputIterator last,
     const key_compare& comp = key_compare(),
     const allocator_type& alloc = allocator_type());

// 拷贝构造
set (const set& x);

4.4 set的迭代器

  • begin表示返回第一个元素的迭代器

  • end表示返回最后一个元素的后一个位置的迭代器（begin, end是左闭右开的区间）

  • 加上前缀c代表返回const迭代器

  • 加上前缀r代表返回反向迭代器

4.5 set的容量

cpp 复制代码 
// 判断容器是否为空
bool empty() const;

// 返回容器当前元素的数量
size_type size() const;

4.6 set的修改和查找操作

cpp 复制代码 
// 插入指定元素，成功返回该元素迭代器和true，失败返回end迭代器和false
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

// 插入迭代器区间中的元素
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
  
// 删除迭代器指向的元素
void erase (iterator position);

// 删除指定元素，返回实际删除的元素数量
size_type erase (const value_type& val);

// 删除迭代器区间元素	
void erase (iterator first, iterator last);

// 交换两个set的内容
void swap (set& x);

// 清除set中的所有元素
void clear ();

// 在set中寻找指定元素，找到返回该元素迭代器，没找到返回end迭代器
iterator find (const value_type& val) const;

// 返回set中存在的指定元素的数量
size_type count (const value_type& val) const;

5. map

5.1 map的介绍

文档介绍：map - C++ Reference

下面介绍一些常用接口，由于大部分接口与set的接口命名和使用方法相同，只介绍一些与set有所区别的接口。

5.2 map的使用

map的模板参数列表：

cpp 复制代码 
template < class Key,                                     // map::key_type
           class T,                                       // map::mapped_type
           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type
           > class map;

Key：键类型

T：value类型

其他和set一样

5.3 常用接口

这里介绍一个与set不同的接口：

cpp 复制代码 
// 查找指定键值的内容，并返回value值的引用，如果该键值不存在，创建新的节点，并返回value值的引用
mapped_type& operator[] (const key_type& k);

6. set和map的模拟实现

这里直接调用之前实现的红黑树的代码就可以很简单的实现（018-红黑树（C++实现）-CSDN博客）。

这里我们不考虑空间配置器的问题。

6.1 set代码

cpp 复制代码 
#include "RBTree.hpp"

namespace mystd
{
	template <typename T, typename Compare = std::less<T>>
	class set
	{
	private:
		struct IOfI
		{
			const T& operator()(const T& e)
			{
				return e;
			}
		};
	public:
		using iterator = typename RBTree<T, T, IOfI, Compare>::iterator;
		using const_iterator = typename RBTree<T, T, IOfI, Compare>::const_iterator;
		using reverse_iterator = typename RBTree<T, T, IOfI, Compare>::reverse_iterator;
		using const_reverse_iterator = typename RBTree<T, T, IOfI, Compare>::const_reverse_iterator;

		explicit set() {}

		template <class InputIterator>
		set(InputIterator first, InputIterator last) { _t.insert(first, last); }

		set(const set& x) : _t(x._t) {}

		iterator begin() { return _t.begin(); }

		const_iterator begin() const { return _t.begin(); }

		const_iterator cbegin() const { return _t.cbegin(); }

		iterator end() { return _t.end(); }

		const_iterator end() const { return _t.end(); }

		const_iterator cend() const { return _t.cend(); }

		reverse_iterator rbegin() { return _t.rbegin(); }

		const_reverse_iterator rbegin() const { return _t.rbegin(); }

		const_reverse_iterator crbegin() const { return _t.crbegin(); }

		reverse_iterator rend() { return _t.rend(); }

		const_reverse_iterator rend() const { return _t.rend(); }

		const_reverse_iterator crend() const { return _t.cend(); }

		bool empty() { return _t.empty(); }

		size_t size() { return _t.size(); }

		std::pair<iterator, bool> insert(const T& val) { return _t.insert(val); }

		template <class InputIterator>
		void insert(InputIterator first, InputIterator last) { _t.insert(first, last); }

		void erase(iterator position) { _t.erase(position); }

		size_t erase(const T& val) { return _t.erase(val); }

		void erase(iterator first, iterator last) { _t.erase(first, last); }

		void swap(set& x) { _t.swap(x._t); }

		void clear() { _t.clear(); }

		iterator find(const T& val) const { return _t.find(val); }

		size_t count(const T& val) const { return _t.count(val); }
	private:
		RBTree<T, T, IOfI, Compare> _t;
	};
}

6.2 map代码

cpp 复制代码 
#include "RBTree.hpp"

namespace mystd
{
	template <typename K, typename V, typename Compare = std::less<K>>
	class map
	{
	private:
		struct IOfP
		{
			const K& operator()(const std::pair<K, V>& p)
			{
				return p.first;
			}
		};
	public:
		using iterator = typename RBTree<K, std::pair<K, V>, IOfP, Compare>::iterator;
		using const_iterator = typename RBTree<K, std::pair<K, V>, IOfP, Compare>::const_iterator;
		using reverse_iterator = typename RBTree<K, std::pair<K, V>, IOfP, Compare>::reverse_iterator;
		using const_reverse_iterator = typename RBTree<K, std::pair<K, V>, IOfP, Compare>::const_reverse_iterator;

		explicit map() {}

		template <class InputIterator>
		map(InputIterator first, InputIterator last) { _t.insert(first, last); }

		map(const map& x) : _t(x._t) {}

		iterator begin() { return _t.begin(); }

		const_iterator begin() const { return _t.begin(); }

		const_iterator cbegin() const { return _t.cbegin(); }

		iterator end() { return _t.end(); }

		const_iterator end() const { return _t.end(); }

		const_iterator cend() const { return _t.cend(); }

		reverse_iterator rbegin() { return _t.rbegin(); }

		const_reverse_iterator rbegin() const { return _t.rbegin(); }

		const_reverse_iterator crbegin() const { return _t.crbegin(); }

		reverse_iterator rend() { return _t.rend(); }

		const_reverse_iterator rend() const { return _t.rend(); }

		const_reverse_iterator crend() const { return _t.cend(); }

		bool empty() { return _t.empty(); }

		size_t size() { return _t.size(); }

		std::pair<iterator, bool> insert(const K& key) { return _t.insert(key); }

		template <class InputIterator>
		void insert(InputIterator first, InputIterator last) { _t.insert(first, last); }

		void erase(iterator position) { _t.erase(position); }

		size_t erase(const K& key) { return _t.erase(key); }

		void erase(iterator first, iterator last) { _t.erase(first, last); }

		void swap(map& x) { _t.swap(x._t); }

		void clear() { _t.clear(); }

		iterator find(const K& key) const { return _t.find(key); }

		size_t count(const K& key) const { return _t.count(key); }

		V& operator[] (const K& key)
		{
			auto p = _t.insert({ key, V() });
			return p.first->second;
		}
	private:
		RBTree<K, std::pair<K, V>, IOfP, Compare> _t;
	};
}
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