map和set - 技术栈

前言

在学习 C++ STL 时，我们最开始接触的是 string、vector、list、deque 等序列式容器，它们的特点是线性结构、按存储位置访问、交换元素不破坏结构 。而今天要深入讲解的 set / multiset ，属于关联式容器 ，底层基于红黑树（平衡二叉搜索树） 实现，天生具备排序、去重、高效查找 能力，增删查效率稳定在 O(logN)，是处理查找、去重、有序存储的"王牌容器"。

本文完全依据 STL 标准文档与源码设计思路，把 set 的**原理、构造、迭代器、增删查、边界查找、multiset 区别进行讲解

一、序列式容器 , 关联式容器

先把最核心的概念区分清楚：

1. 序列式容器

逻辑结构：线性序列
元素关系：松散，按位置保存访问
代表：vector、list、string、deque、array
特点：交换元素不影响容器结构，只改变顺序

2. 关联式容器

逻辑结构：非线性（树型）
元素关系：紧密，按 key（关键字） 组织
代表：set / multiset、map / multimap、unordered系列
特点：修改 key 会破坏结构，迭代器遍历为中序，默认有序

二、set 深度介绍

1. set 模板参数

cpp 复制代码

template <class T,
          class Compare = less<T>,
          class Alloc = allocator<T>>
class set;

T：存储的 key 类型，也是 value 类型（set 是 key-only 模型）
Compare ：比较规则，默认 less → 升序；可传 greater → 降序
Alloc：空间配置器，一般使用默认即可

2. set 核心特性

底层：红黑树，增删查 O(logN)
遍历：中序遍历 → 默认升序
key 不可修改：迭代器为 const，修改会破坏树结构
key 唯一：自动去重，重复 key 插入失败
支持双向迭代器，支持范围 for
要求 T 支持**< 比较**，自定义类型需重载 < 或提供仿函数

三、set 构造与迭代器

1. 常用构造方式

无参构造：set<int> s;
迭代器区间构造：set<int> s(v.begin(), v.end());
拷贝构造：set<int> s2(s1);
初始化列表构造：set<int> s = {1,2,3,4};

2. 迭代器

正向：begin() / end()
反向：rbegin() / rend()
重要：iterator 本质是 const_iterator，*不能修改 it

示例：

cpp 复制代码

set<int> s = {5,2,7,5};
auto it = s.begin();
// *it = 1;  编译报错，key不可修改
while (it != s.end()) {
    cout << *it << " ";
    ++it;
}
// 输出：2 5 7（去重+升序）

四、set 增删查核心接口

1. 插入 insert

cpp 复制代码

pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
void insert(initializer_list<value_type> il);

key 不存在：插入成功，返回 (迭代器, true)
key 已存在：插入失败，返回 (迭代器, false)
批量插入：重复值自动忽略

示例：

cpp 复制代码

s.insert({2,8,3,9});

2. 查找 find / count

cpp 复制代码

iterator find(const value_type& val) const;
size_type count(const value_type& val) const;

find：找到返回迭代器，否则返回 end()
count：存在返回 1，不存在返回 0（快速判存）
注意：优先用 set::find，O(logN)；算法库 find 是 O(N)

3. 删除 erase

cpp 复制代码

iterator erase(const_iterator position);
size_type erase(const value_type& val);
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

按迭代器删：高效，O(logN)
按值删：返回删除个数（0 或 1）
按区间删：[first, last)

4. 边界查找（非常实用）

cpp 复制代码

iterator lower_bound(const value_type& val) const;
iterator upper_bound(const value_type& val) const;

lower_bound：返回 ≥ val 的第一个迭代器
upper_bound：返回 > val 的第一个迭代器
组合使用可精准圈定区间 [val1, val2]

示例：

cpp 复制代码

// 删除 [30, 60] 区间
auto itlow = s.lower_bound(30);
auto itup = s.upper_bound(60);
s.erase(itlow, itup);

五、multiset 与 set 完整对比

multiset 头文件同样是 <set>，用法几乎一致，核心区别：

允许 key 重复：只排序，不去重
insert：一定成功
find：返回中序第一个匹配元素
count：返回真实重复次数
erase(val)：删除所有等于 val 的元素

示例：

cpp 复制代码

multiset<int> s = {4,2,7,2,4,8,4};
// 输出：2 2 4 4 4 7 8

六、set 经典力扣实战

1. LeetCode 349. 两个数组的交集

思路：

用 set 对两个数组分别去重+排序
双指针遍历，小的指针++，相等收集结果

标准代码：

cpp 复制代码

class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        set<int> s1(nums1.begin(), nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(), nums2.end());
        vector<int> ret;
        auto it1 = s1.begin(), it2 = s2.begin();
        while (it1 != s1.end() && it2 != s2.end()) {
            if (*it1 < *it2) ++it1;
            else if (*it1 > *it2) ++it2;
            else {
                ret.push_back(*it1);
                ++it1, ++it2;
            }
        }
        return ret;
    }
};

2. LeetCode 142. 环形链表 II

思路：

遍历链表，用 set 存储节点地址
插入失败说明已存在，即为入环点

cpp 复制代码

class Solution {
public:
    ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
        set<ListNode*> s;
        ListNode* cur = head;
        while (cur) {
            auto [it, ok] = s.insert(cur);
            if (!ok) return cur;
            cur = cur->next;
        }
        return nullptr;
    }
};

总结（set 篇）

set：key 模型、有序、去重、O(logN)、key 不可改
multiset：有序、可重复、无去重
适用场景：去重、排序、快速查找、判重、区间处理
接口与 vector/list 高度统一，极易上手