前言
在上一期c++中了解了二叉搜树。什么树是二叉搜索树，在插入节点时应该如何插入，又该如何查找节点，在删除节点时，又该注意什么，以及key与key-value有什么区别，应用在哪。在上期中都有提到。在这次分享中我介绍到了set和map，他们是如何使用的以及有区别。
序列式容器和关联式容器
前⾯我们已经接触过STL中的部分容器如：string、vector、list、deque、array、forward_list等，这些容器统称为序列式容器，因为逻辑结构为线性序列的数据结构，两个位置存储的值之间⼀般没有紧密的关联关系，⽐如交换⼀下，他依旧是序列式容器。顺序容器中的元素是按他们在容器中的存储位置来顺序保存和访问的。
关联式容器也是⽤来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器逻辑结构通常是⾮线性结构，两个位置有紧密的关联关系，交换⼀下，他的存储结构就被破坏了。顺序容器中的元素是按关键字来保存和访问的。关联式容器有map/set系列和unordered_map/unordered_set系列。本章节讲解的map和set底层是红⿊树，红⿊树是⼀颗平衡⼆叉搜索树。set是key搜索场景的结构，map是key/value搜索场景的结构。
set系列的使用
set类的介绍
1、set的声明如下，T就是set底层关键字的类型
2、set默认要求T⽀持⼩于⽐较，如果不⽀持或者想按⾃⼰的需求⾛可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数
3、set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果需要可以⾃⼰实现内存池，传给第三个参数。
4、⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。
5、set底层是⽤红⿊树实现，增删查效率是O(logN)，迭代器遍历是⾛的搜索树的中序，所以是有序的。
6、前⾯部分我们已经学习了vector/list等容器的使⽤，STL容器接⼝设计，⾼度相似，所以这⾥我们就不再⼀个接⼝⼀个接⼝的介绍，⽽是直接带着⼤家看⽂档，挑⽐较重要的接⼝进⾏介绍。
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;set的构造和迭代器
set的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。
set的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，set的iterator和const_iterator都不⽀持迭代器修改数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。
// 单个数据插⼊，如果已经存在则插⼊失败
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert (initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
// 查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find (const value_type& val);
// 查找val，返回Val的个数
size_type count (const value_type& val) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase (const_iterator position);
// 删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase (const value_type& val);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等val位置的迭代器
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
// 返回⼤于val位置的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val)const;set的增删查
// empty (1) ⽆参默认构造
explicit set (const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
set (InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
set (const set& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
set (initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator -> a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();使用样例
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
// 去重+升序排序
//set<int> s;
set<int, greater<int>> s;
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(7);
s.insert(5);
s.insert(7);
s.insert(3);
//set<int>::iterator it = s.begin();
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
// error C3892: "it": 不能给常量赋值
//*it = 1;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
s.insert({ 2,8,3,9,2 });
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// void insert (initializer_list<value_type> il);
set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };
//set<string> strset({ "sort", "insert", "add" });
//
// 遍历string比较ascll码大小顺序遍历的
for (auto& e : strset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
int main()
{
set<int> s = { 4,2,7,2,8,5,9 };
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 删除最小值
s.erase(s.begin());
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 直接删除x
int x;
/*cin >> x;
int num = s.erase(x);
if (num == 0)
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
else
{
cout << x << "删除成功！" << endl;
}*/
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
if (pos != s.end())
{
// pos失效
s.erase(pos);
//cout << *pos << endl;
}
else
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 算法库的查找 O(N)
auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);
// set自身实现的查找 O(logN)
auto pos2 = s.find(x);
// 利用count间接实现快速查找
cin >> x;
if (s.count(x))
{
cout << x << "在！" << endl;
}
else
{
cout << x << "不存在！" << endl;
}
return 0;
}
int main()
{
std::set<int> myset;
for (int i = 1; i < 10; i++)
myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// [30, 50]值
// [25, 55]值
//// 返回 >= 30
//auto itlow = myset.lower_bound(30);
//// 返回 > 50
//auto itup = myset.upper_bound(50);
// 返回 >= 25
auto itlow = myset.lower_bound(25);
// 返回 > 55
auto itup = myset.upper_bound(55);
// 删除这段区间的值
myset.erase(itlow, itup);
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}multiset和set的差异
multiset和set的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multiset⽀持值冗余，那么insert/find/count/erase都围绕着⽀持值冗余有所差异，具体参看下⾯的样例代码理解。
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
// 相⽐set不同的是，multiset是排序，但是不去重
multiset<int> s = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 相⽐set不同的是，x可能会存在多个，find查找中序的第⼀个
int x;
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
while (pos != s.end() && *pos == x)
{
cout << *pos << " ";
++pos;
}
cout << endl;
// 相⽐set不同的是，count会返回x的实际个数
cout << s.count(x) << endl;
// 相⽐set不同的是，erase给值时会删除所有的x
s.erase(x);
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}例题
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());
auto pos1 = s1.begin();
auto pos2 = s2.begin();
vector<int>ret;
while (pos1 != s1.end() && pos2 != s2.end())
{
if (*pos1 < *pos2)
{
pos1++;
}
else if (*pos1 > *pos2)
{
pos2++;
}
else
{
ret.push_back(*pos1);
pos1++;
pos2++;
}
}
return ret;
}
}解析看下图
class Solution {
public:
ListNode* detectCycle(ListNode* head)
{
set<ListNode*>s;
ListNode* cur = head;
while (cur)
{
auto ret = s.insert(cur);
if (ret.second == false)
{
return cur;
}
cur = cur->next;
}
return nullptr;
}
};解析
set的特点就是insert返回pair其中first是迭代器second是bool值，并且不支持冗余。因此当bool为false时有重复值插入
map系列的使用
map类的介绍
map的声明如下，Key就是map底层关键字的类型，T是map底层value的类型，set默认要求Key⽀持⼩于⽐较，如果不⽀持或者需要的话可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数，map底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。map底层是⽤红⿊树实现，增删查改效率是 O(logN) ，迭代器遍历是⾛的中序，所以是按key有序顺序遍历的。
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;pair类型的介绍
map底层的红⿊树节点中的数据，使⽤pair<Key, T>存储键值对数据。
typedef pair<const Key, T> value_type;
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)
{
}
template<class U, class V>
pair(const pair<U, V>& pr) : first(pr.first), second(pr.second)
{
}
};
template <class T1, class T2>
inline pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
return (pair<T1, T2>(x, y));
}map的构造
map的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。
map的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按key的升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，map⽀持修改value数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。
// empty (1) ⽆参默认构造
explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type & = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
map(const map& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
map(initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();map的增删查
map的增删查关注以下⼏个接⼝即可：
map增接⼝，插⼊的pair键值对数据，跟set所有不同，但是查和删的接⼝只⽤关键字key跟set是完全类似的，不过find返回iterator，不仅仅可以确认key在不在，还找到key映射的value，同时通过迭代还可以修改value。
Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>
// 单个数据插⼊，如果已经key存在则插⼊失败,key存在相等value不相等也会插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const key_type& k);
// 查找k，返回k的个数
size_type count(const key_type& k) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);
// 删除k，k存在返回0，存在返回1
size_type erase(const key_type& k);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type & k);
// 返回⼤于k位置的迭代器
const_iterator lower_bound(const key_type& k) const;构造遍历及增删查使用样例
下面是对上面构造、插入、查找以及迭代器的使用。其中拷贝构造和迭代器构造没用使用，在之前这种方式使用的很多了，就不再使用了。并且反向迭代器也没用，原理与迭代器类似就不过多赘述。
int main()
{
//无参
//map<string, string>dict;
//列表初始化
map<string, string> dict = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"}, {"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
pair<string, string> kvl = { "black","黑色" };
map<string, string> dict1 = { kvl,pair<string,string>("write","白色") };
dict1.insert(kvl);
dict1.insert(pair<string, string>("first", "首先"));
dict1.insert(make_pair("rice", "米饭"));
dict1.insert({ "hello","你好" });//c++11支持
// "left"已经存在，插⼊失败
dict.insert({ "left", "左边，剩余" });
dict.erase({ "black"});
auto it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
// 可以修改value，不支持修改key
//it->first += 'x';
//it->second += 'x';
//cout << (*it).first <<":" << (*it).second << endl;
// map的迭代基本都使⽤operator->,这⾥省略了⼀个->
// 第⼀个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第⼆个箭头是结构指针解引⽤取
//pair数据
//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()-> second << endl;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
it++;
}
// 范围for遍历
for (const auto& e : dict)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
string str;
while (cin >> str)
{
auto ret = dict.find(str);
if (ret != dict.end())
{
cout << "->" << ret->second << endl;
}
else
{
cout << "⽆此单词，请重新输⼊" << endl;
}
}
// erase等接⼝跟set完全类似，这⾥就不演⽰讲解了
return 0;
}map的数据修改
前⾯我提到map⽀持修改mapped_type 数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。
map第⼀个⽀持修改的⽅式时通过迭代器，迭代器遍历时或者find返回key所在的iterator修改，map还有⼀个⾮常重要的修改接⼝operator\[\]，但是operator\[\]不仅仅⽀持修改，还⽀持插⼊数据和查找数据，所以他是⼀个多功能复合接⼝
需要注意从内部实现⻆度，map这⾥把我们传统说的value值，给的是T类型，typedef为mapped_type。⽽value_type是红⿊树结点中存储的pair键值对值。⽇常使⽤我们还是习惯将这⾥的T映射值叫做value。
Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，如果找到了通过iterator可以修改key对应的
mapped_type值
iterator find(const key_type& k);
// ⽂档中对insert返回值的说明
// The single element versions (1) return a pair, with its member pair::first
set to an iterator pointing to either the newly inserted element or to the
element with an equivalent key in the map.The pair::second element in the pair
is set to true if a new element was inserted or false if an equivalent key
already existed.
// insert插⼊⼀个pair<key, T>对象
// 1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象
first是key所在结点的迭代器，second是false
// 2、如果key不在在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象
first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true
// 也就是说⽆论插⼊成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭
代器
// 那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现
operator[]
// 需要注意的是这⾥有两个pair，不要混淆了，⼀个是map底层红⿊树节点中存的pair<key, T>，另
⼀个是insert返回值pair<iterator, bool>
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
// 1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值，同时[]返回结点中存储
mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引⽤修改返映射值。所以[]具备了插⼊ + 修改功能
// 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的
迭代器，返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，所以[]具备了查找 + 修改的功能
pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
iterator it = ret.first;
return it->second;
}map的迭代器和\[\]功能样例
int main()
{
// 利⽤find和iterator修改功能，统计⽔果出现的次数
string arr[] = { "苹果", "西⽠", "苹果", "西⽠", "苹果", "苹果", "西⽠",
"苹果", "⾹蕉", "苹果", "⾹蕉" };
map<string, int> countMap;
for (const auto& str : arr)
{
// 先查找⽔果在不在map中
// 1、不在，说明⽔果第⼀次出现，则插⼊{⽔果, 1}
// 2、在，则查找到的节点中⽔果对应的次数++
auto ret = countMap.find(str);
if (ret == countMap.end())
{
countMap.insert({ str, 1 });
}
else
{
ret->second++;
}
}
for (const auto& e : countMap)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
return 0;
}
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
// 利⽤[]插⼊+修改功能，巧妙实现统计⽔果出现的次数
string arr[] = { "苹果", "西⽠", "苹果", "西⽠", "苹果", "苹果", "西⽠",
"苹果", "⾹蕉", "苹果", "⾹蕉" };
map<string, int> countMap;
for (const auto& str : arr)
{
// []先查找⽔果在不在map中
// 1、不在，说明⽔果第⼀次出现，则插⼊{⽔果, 0}，同时返回次数的引⽤，
//++⼀下就变成1次了
// 2、在，则返回⽔果对应的次数++
countMap[str]++;
}
for (const auto& e : countMap)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
return 0;
}
int main()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
// key不存在->插⼊ {"insert", string()}
dict["insert"];
// 插⼊+修改
dict["left"] = "左边";
// 修改
dict["left"] = "左边、剩余";
// key存在->查找
cout << dict["left"] << endl;
return 0;
}例题
数据结构初阶阶段，为了控制随机指针，我们将拷⻉结点链接在原节点的后⾯解决，后⾯拷⻉节点还得解下来链接，⾮常⿇烦。这⾥我们直接让{原结点,拷⻉结点}建⽴映射关系放到map中，控制随机指针会⾮常简单⽅便。
class Solution {
public:
Node* copyRandomList(Node* head) {
map<Node*,Node*> nodemap;
Node*copyhead=nullptr;
Node*copytail=nullptr;
Node*cur=head;
while(cur)
{
if(copytail==nullptr)
{
copyhead=copytail=new Node(cur->val);
}
else
{
copytail->next=new Node(cur->val);
copytail=copytail->next;
}
//将原节点与拷贝节点映射到map中
nodemap[cur]=copytail;
cur=cur->next;
}
//控制random
cur=head;
Node*copy=copyhead;
while(cur)
{
if(cur->random==nullptr)
{
copy->random=nullptr;
}
else
{
copy->random=nodemap[cur->random];
}
cur=cur->next;
copy=copy->next;
}
return copyhead;
}
};
将map统计出的次数的数据放到vector中排序，或者放到priority_queue中来选出前k个。利⽤仿函数强⾏控制次数相等的，字典序⼩的在前⾯。
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y)const
{
return x.second > y.second || (x.second == y.second && x.first <y.first);
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
map<string, int> countMap;
for(auto& e : words)
{
countMap[e]++;
}
vector<pair<string, int>> v(countMap.begin(), countMap.end());
// 仿函数控制降序,仿函数控制次数相等，字典序⼩的在前⾯
sort(v.begin(), v.end(), Compare());
// 取前k个
vector<string> strV;
for(int i = 0; i < k; ++i)
{
strV.push_back(v[i].first);
}
return strV;
}
};这里就不展示优先级队列的了与这个类似。
这一期就结束了，感谢支持！！！