c++的学习之路：25、map与set

摘要

本文中说一下map与set的使用

一、关联式容器

关联式容器是C++标准模板库（STL）中的一种容器类型，与序列式容器（如vector、list、deque等）不同，关联式容器内部元素的存储和访问是通过关键字（key）进行有序存储的。关联式容器中的元素都是键值对（key,value）结构，并且元素会根据键值按照某种确定的规则自动排序。例如，set、map、multiset和multimap都是关联式容器。

关联式容器的主要特性包括：

1、 有序性：关联式容器中的元素按照键值进行排序。这使得关联式容器在数据检索时比序列式容器效率更高。

2、唯一性：在set和map等容器中，键值是唯一的，这保证了每个元素都能被唯一标识。

3、高效的查找：关联式容器通常使用平衡查找树（如红黑树）或哈希表来实现，这使得它们能在对数时间或常数时间内完成查找操作。

关联式容器的主要操作包括插入、删除和查找等。例如，在unordered_set容器中，可以使用insert方法插入元素，使用find方法查找元素，使用erase方法删除元素。

关联式容器在编程中有很多应用，特别是在需要快速查找、删除和插入元素的场景中。例如，在处理大量数据时，可以使用关联式容器来存储和检索数据，以提高程序的效率。

请注意，关联式容器的选择和使用应根据具体需求进行，不同的关联式容器在性能、功能和用法上可能有所差异。因此，在使用关联式容器时，应仔细考虑其特性和适用场景。

二、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：苹果是apple、香蕉是banana

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)
{}
};

三、map

1、map的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方六点

1. 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。

2. 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;

3. 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。

4. 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)。

5. 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。

6. 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))。

2、map的使用

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

2、map的构造

3、map的迭代器

4、map的容量与元素访问

5、map中元素的修改

6、代码使用

下方代码中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 ，测试结果如图。

void TestMap()
{
  map<string, string> m;
  m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));//构造的时候直接利用pair进行插入
  m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));//利用make_pair函数进行插入
    m["apple"] = "苹果";//插入+修改  最常用的
    cout << m.size() << endl;
  for (auto& e : m)
    cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
  cout << endl;
  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;
  m.erase("apple");
  if (1 == m.count("apple"))
    cout << "apple还在" << endl;
  else
    cout << "apple被吃了" << endl;
}

三、总结

这里是有下面6点：

1、map中的的元素是键值对

2、map中的key是唯一的，并且不能修改

3、默认按照小于的方式对key进行比较

4、map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列

5、map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高$O(log_2 N)$

6、支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。  

四、set

1、set的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点

1、set是按照一定次序存储元素的容器

2、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。

3、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。

4、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。

5、set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

有下面8点需要注意注意：

1、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。

2、set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。

3、set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。

4、使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列

5、set中的元素默认按照小于来比较

6、set中查找某个元素，时间复杂度为：$log_2 n$

7、set中的元素不允许修改

8、set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

2、set的使用

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

2、set的构造

3、set的迭代器

4、set的容量

5、set修改操作

6、代码使用

下面代码就是创建个数组，然后进行插入测试，因为set具有去重与排序的功能，如下图测试结果可以看出来

void TestSet()
{
  
  int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
  set<int> s;
  for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
    s.insert(arr[i]);
 
  cout << s.size() << endl;
  
  for (auto& e : s)
    cout << e << " ";
  cout << endl;
  
  for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
    cout << *it << " ";
  cout << endl;
  
  cout << s.count(3) << endl;
}

五、multimap

1、multimap的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点

1. 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。

2. 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;

3. 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。

4. 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。

5. 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、multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的,这里就不具体演示了

注意：

1. multimap中的key是可以重复的。

2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较

3. multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?)。

4. 使用时与map包含的头文件相同

六、multiset

1、multiset的介绍

下方图片是cplusplus的介绍。翻译过来的意思就是下方五点：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

2、multiset的使用

multiset中的接口可以参考set，功能都是类似的,这里就不具体演示了

但是需要注意下面七点：

1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对

2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可

3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的

4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列

5. multiset中的元素不能修改

6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为$O(log_2 N)$

7. multiset的作用：可以对元素进行排序

七、代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <map>
#include <set>
using namespace std;
void TestMap()
{
  map<string, string> m;
  m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));//构造的时候直接利用pair进行插入
  m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));//利用make_pair函数进行插入
    m["apple"] = "苹果";//插入+修改  最常用的
    cout << m.size() << endl;
  for (auto& e : m)
    cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
  cout << endl;
  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;
  m.erase("apple");
  if (1 == m.count("apple"))
    cout << "apple还在" << endl;
  else
    cout << "apple被吃了" << endl;
}
 
void TestSet()
{
  
  int arr[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
  set<int> s;
  for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++)
    s.insert(arr[i]);
 
  cout << s.size() << endl;
  
  for (auto& e : s)
    cout << e << " ";
  cout << endl;
  
  for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
    cout << *it << " ";
  cout << endl;
  
  cout << s.count(3) << endl;
}
 
int main()
{
  //TestMap();
  TestSet();
  return 0;
}

八、思维导图