一、序列式容器和关联式容器
1. 序列式容器
在前面，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list(C++11)等，这些容器统称为序列式容器，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。
2. 关联式容器
关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。
二、键值对和树形结构的关联式容器
1. 键值对
用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value表示与key对应的信息。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。
例如SGI-STL中关于键值对的定义：
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) {} };
2. 树形结构的关联式容器
根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：树型结构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。
三、set和multiset
1、set
1.1 set的介绍
- set是按照一定次序存储元素的容器
- 在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。
- 在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
- set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。
- set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
【注意事项】
- 与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。
- set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
- set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
- 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
- set中的元素默认按照小于来比较
- set中查找某个元素，时间复杂度为：O(l o g 2 n log_2 nlog 2 n)
- set中的元素不允许修改
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
1.2 set的使用
1.2.1 set的模板参数列表
- T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
- Compare：set中元素默认按照小于来比较。
- Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理。
1.2.2 set的构造
| 构造函数 | 功能介绍 |
| set ( ) | 构造空的set |
| set (first, last) | 用[first, last)区间中的元素构造set |
| set ( const set& x) | set的拷贝构造 |
1.2.3 set的迭代器
1.2.4 set的容量
1.2.5 set修改操作
1.2.6 set的使用举例
#include<iostream> using namespace std; #include <set> void TestSet() { // 用数组array中的元素构造set int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 }; set<int> s; for (auto e : array) s.insert(e); cout << s.size() << endl; // 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：set可去重 for (auto& e : s) cout << e << " "; cout << endl; // 使用迭代器逆向打印set中的元素 for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it) cout << *it << " "; cout << endl; // set中值为3的元素出现了几次 cout << s.count(3) << endl; } int main() { TestSet(); return 0; }
结果：
2. multiset
2.1 multiset的介绍
- multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
- 在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
- 在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
- multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
- multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
【注意事项】
- multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
- 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
- multiset中的元素不能修改
- 在multiset中找某个元素，时间复杂度为 O( l o g 2 N ) (log_2 N)(log 2N)
- multiset可以对元素进行排序
2.2 multiset的使用
此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，可参考set。
void testMultiset() { int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 2, 1, 3, 3, 3, 7 }; // 注意：multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对 multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0])); for (auto& e : s) cout << e << " "; cout << endl; } int main() { testMultiset(); return 0; }
结果：
四、map和multimap
1. map
1.1 map的介绍
- map是关联容器，它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。
- 在map中，键值key通常用于排序和惟一地标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同，并且在map的内部，key与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair:typedef pair<const key, T> value_type;
- 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
- map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢，但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时，可以得到一个有序的序列)。
- map支持下标访问符，即在[]中放入key，就可以找到与key对应的value。
- map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。
1.2 map的使用
1.2.1 map的模板参数说明
- key：键值对中key的类型
- T： 键值对中value的类型
- Compare： 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)
- Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器
1.2.2 map的构造
| 构造函数 | 说明 |
| map() | 构造一个空的map |
| map (first , last) | 用[first, last)区间中的元素构造map |
| map (const map& x) | 拷贝构造 |
1.2.3 map的迭代器
1.2.4 map的容量与元素访问
| 函数声明 | 功能简介 |
| empty () | 检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false |
| size() | 返回map中有效元素的个数 |
| operator[] | 返回去key对应的value |
| at | 返回key对应的value |
注意：在元素访问时，operator[] 和 at()函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。
1.2.5 map中元素的修改
1.2.6 map举例
void TestMap() { map<string, string> m; // 向map中插入元素的方式： // 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对 m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子")); // 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对 m.insert(make_pair("banan", "香蕉")); // 借用operator[]向map中插入元素 /* operator[]的原理是： 用<key, T()>构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中 如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器 如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器 operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回 */ // 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引用结果 m["apple"] = "苹果"; // key不存在时抛异常 //m.at("waterme") = "水蜜桃"; cout << m.size() << endl; // 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列 for (auto& e : m) cout << e.first << "--->" << e.second << endl; cout << endl; // map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败 auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色")); if (ret.second) cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl; else cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->" << ret.first->second << " 插入失败" << endl; // 删除key为"apple"的元素 m.erase("apple"); if (1 == m.count("apple")) cout << "apple还在" << endl; else cout << "apple被吃了" << endl; }
结果：
2. multimap
2.1 multimap的介绍
- Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
- 在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value_type;
- 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
- multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
- multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。
注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。
2.2 multimap的使用
multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
【注意事项】
- multimap中的key是可以重复的。
- multimap中的元素默认将key按照小于来比较
- multimap中没有重载operator[ ]操作
- 使用时与map包含的头文件相同
