unordered_map和unordered_set的使用

前面介绍过 set 和 map。这篇来看它们的无序版本：unordered_set 和 unordered_map。两者都用哈希表管理 Key；区别是前者只存 Key，后者存 Key 和 Value。遍历时不按 Key 排序，适不适合用它们，通常先看程序是否需要有序访问。

一、unordered_set

Key、哈希和相等判断

unordered_set 的模板参数可以简化为：

cpp 复制代码

template <
    class Key,
    class Hash = std::hash<Key>,
    class KeyEqual = std::equal_to<Key>,
    class Allocator = std::allocator<Key>
>
class unordered_set;

Hash 根据 Key 算出哈希值，KeyEqual 判断两个 Key 是否相等。Key 不需要能转换成整数；如果默认的 std::hash 不支持某个自定义类型，就给它提供哈希函数和相等判断：

cpp 复制代码

struct UserId {
    int value;
};

struct UserIdHash {
    std::size_t operator()(const UserId& id) const noexcept {
        return std::hash<int>{}(id.value);
    }
};

struct UserIdEqual {
    bool operator()(const UserId& lhs, const UserId& rhs) const noexcept {
        return lhs.value == rhs.value;
    }
};

std::unordered_set<UserId, UserIdHash, UserIdEqual> user_ids;
user_ids.insert(UserId{42});
auto it = user_ids.find(UserId{42});

这里有个必须满足的约定：如果相等判断认为两个 Key 相等，它们的哈希值也必须相同。哈希值相同并不代表 Key 一定相等，容器还会用 KeyEqual 区分它们。

和 set 怎么选

set 会按 Key 排序，unordered_set 不会。set 通常基于平衡树，增删查为 O(logN)；无序容器的这些操作平均为 O(1)，但最坏情况下可能退化到 O(N)。因此，平均复杂度不代表每次操作都更快。

下面是插入、查找和删除的写法：

cpp 复制代码

std::unordered_set<int> values{5, 1, 3};

auto [it, inserted] = values.insert(3);
std::cout << inserted << '\n'; // 3 已存在，插入失败

if (values.find(5) != values.end()) {
    std::cout << "found 5\n";
}

values.erase(1);

insert 返回迭代器和插入结果；find 找不到时返回 end()。如果需要按顺序遍历，选 set；如果不在意顺序，可以考虑 unordered_set。无序容器的迭代器是前向迭代器，不能像 set 的双向迭代器那样向后移动。

二、unordered_map

unordered_map 保存 Key 和 Value 的对应关系。常用的 insert、erase、find 与 map 类似，遍历顺序则不保证按 Key 排列：

cpp 复制代码

std::unordered_map<std::string, int> scores{
    {"pear", 4}, {"apple", 3}, {"banana", 2}
};

scores["orange"] = 5;
++scores["apple"];

auto it = scores.find("pear");
if (it != scores.end()) {
    std::cout << it->first << ": " << it->second << '\n';
}

operator[] 可以新增或修改 Value。要留意的是，访问一个不存在的 Key 时，它会先插入该 Key，并将 Value 初始化为默认值；如果只是想检查 Key 在不在，用 find 更合适。

本次程序运行里，map 遍历出的 Key 是 apple banana pear；unordered_map 则观察到 orange banana apple pear。后者只是这次运行看到的顺序，不能当作排序结果或程序保证。

三、多重无序容器

如果需要允许重复 Key，可以用 unordered_multiset 或 unordered_multimap：

cpp 复制代码

std::unordered_multiset<int> values{2, 2, 5};
std::cout << values.count(2) << '\n'; // 2

std::unordered_multimap<std::string, int> scores;
scores.emplace("Ada", 90);
scores.emplace("Ada", 95);
std::cout << scores.count("Ada") << '\n'; // 2

四、哈希桶与负载因子

常见的桶接口有 bucket_count()、bucket_size() 和 bucket(key)；负载因子相关接口包括 load_factor()、max_load_factor()、reserve() 和 rehash()。多数日常代码不需要直接操作桶。如果大致知道元素数量，提前调用 reserve() 可以减少插入过程中反复扩容的机会。

小结

需要按 Key 排序或顺序遍历时用 set、map；不需要排序时，可以考虑 unordered_set、unordered_map。自定义 Key 要提供一致的哈希和相等判断。无序容器的增删查平均效率为 O(1)，最坏可到 O(N)，最终是否更合适还需结合具体数据分布和业务需求判断。

参考：std::unordered_set、std::unordered_map。