map和set的概念及使用

2023-10-29

1.什么是关联式容器?

  • 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

2.什么是键值对?

  • 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
SGI-STL中对键值对的定义
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)
	{}
};

3.树型结构的关联式

树型结构的关联式容器主要有四种:map、set、multimap、multiset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。

3.1 set

3.1.1 set的介绍

  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,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。

3.1.2 set的使用

1.set的模板参数使用

在这里插入图片描述

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
函数声明 功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() ); 构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() ); 用[first, last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x); set的拷贝构造
3.set的迭代器
函数声明 功能介绍
iterator begin() 返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end() 返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const 返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const 返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin() 返回set第一个元素的反向迭代器,即end
reverse_iterator rend() 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器,即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const 返回set第一个元素的反向const迭代器,即cend
const_reverse_iterator crend() const 返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器,即crbegin
4.set的容量
函数声明 功能介绍
bool empty ( ) const 检测set是否为空,空返回true,否则返回true
size_type size() const 返回set中有效元素的个数
5.set的操作修改
函数声明 功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x ) 在set中插入元素x,实际插入的是<x, x>构成的键值对,如果插入成功,返回<该元素在set中的位置,true>,如果插入失败,说明x在set中已经存在,返回<x在set中的位置,false>
void erase ( iterator position ) 删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x ) 删除set中值为x的元素,返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first, iterator last ) 删除set中[first, last)区间中的元素
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& st ); 交换set中的元素
void clear ( ) 将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const 返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const 返回set中值为x的元素的个数
6.set的使用
#include<iostream>
#include <set>
using namespace std;
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, 0,3,3,3,3,3,3 };
	set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	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;
	s.insert(11);
	s.erase(3);
	set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend()){
		cout << *rit<<" ";
		rit++;
	}
}
int main()
{
	TestSet();
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果:
在这里插入图片描述

3.2 map:

3.2.1 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 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))

3.2.2 map的使用

1. map的模板参数说明

在这里插入图片描述

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
注意:在使用map时,需要包含头文件。

2. map的构造
函数声明 功能介绍
map() 构造一个空的map
3. map的迭代器
函数声明 功能介绍
begin()和end() begin:首元素的位置,end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend() 与begin和end意义相同,但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend() 反向迭代器,rbegin在end位置,rend在begin位置,其++和–操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend() 与rbegin和rend位置相同,操作相同,但crbegin和crend所指向的元素不能修改
4. map的容量和元素访问
函数声明 功能简介
bool empty ( ) const 检测map中的元素是否为空,是返回true,否则返回false
size_type size() const 返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k) 返回去key对应的value

注意:在元素访问时,有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)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。

5. map中元素的修改
函数声明 功能简介
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x ) 在map中插入键值对x,注意x是一个键值对,返回值也是键值对:iterator代表新插入元素的位置,bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position ) 删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x ) 删除键值为x的元素
void erase ( iterator first, iterator last ) 删除[first, last)区间中的元素
void swap ( map<Key,T,Compare,Allocator>& mp ) 交换两个map中的元素
void clear ( ) 将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) 在map中插入key为x的元素,找到返回该元素的位置的迭代器,否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const 在map中插入key为x的元素,找到返回该元素的位置的const迭代器,否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const 返回key为x的键值在map中的个数,注意map中key是唯一的,因此该函数的返回值要么为0,要么为1,因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中
#include <string>
#include <map>
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;
}

在这里插入图片描述

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介绍

  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)。

注意:

  • 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(log N)
  • multiset的作用:可以对元素进行排序

3.3.2 multiset的使用

multiset的接口与set接口基本一致。

#include <set>
void TestSet()
{
     int array[] = { 2, 1, 3,2,1,3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 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;
     return 0;
}

在这里插入图片描述

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

  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:
    cpp 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。

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。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的。
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。
  4. 使用时与map包含的头文件相同
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