C++中map和set的简介及使用详解

目录

• 关联式容器
• 键值对
• set
• set的介绍
• set的使用
• multiset
• map
• map的介绍
• map的使用
• map构造
• map的插入
• map的[ ]运算符重载
• multiset

关联式容器

关联式容器包括序列式容器和关联式容器

序列式容器： 底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身，包含vector、list、deque、forward_list(C++11)等。
关联式容器： 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，包含set、map、unordered_set、unordered_map等。

注意： stack、queue和priority_queue属于容器适配器

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。

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。

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)
	{}
};

set

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：

• 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：logN

set的使用

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

set的构造

set中常用的成员函数

使用示例

int main()
{
	set<int> s;
	//插入元素(自动去重）
	s.insert(1);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	//遍历容器
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//查找元素
	set<int>::iterator pos = s.find(3);
	//删除元素
	s.erase(pos);// 删除元素3
	s.erase(4);
	//容器大小
	cout << s.size() << endl;
	//清空容器
	s.clear();
	//容器判空
	cout << s.empty() << endl;
	//交换两个容器的数据
	set<int> tmp{ 10, 20, 30, 40 };
	s.swap(tmp);
	//容器中值为2的元素个数
	cout << s.count(2) << endl;

	cout << endl;
}

运行结果如下

set中迭代器相关函数

使用示例

void test_set()
{
	set<int> s;
	//插入元素
	s.insert(1);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	//遍历容器（正向迭代器）
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	//反向迭代器
	set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl; 
}

运行结果如下

multiset

multiset和set的区别是multiset允许数据冗余，即multiset中允许存在数据相同的元素，而set不能。

void test_set()
{
	set<int> s;
	s.insert(1);
	s.insert(3);
	s.insert(4);
	s.insert(2);	
	s.insert(2);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	multiset<int> ms;
	ms.insert(1);
	ms.insert(3);
	ms.insert(4);
	ms.insert(2);
	ms.insert(2);
	for (auto e : ms)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行结果如下

两个容器中成员函数find意义也有区别：

set中的find是返回值为val的迭代器，而multiset中的find是返回第一个值为val的迭代器。

map

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。
• 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))。

map的使用

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

map构造

void test_map()
{
	map<int, double> m1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器
	map<int, double> m2(m1); //拷贝构造
	map<int, double> m3(m2.begin(), m2.end()); //利用迭代器拷贝构造
	map<int, double, greater<int>> m4; //按int降序排序
}

map的插入

插入函数原型

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

这里的value_type是pair的重命名

typedef pair<const Key, T> value_type;

方式一： 构造匿名对象插入。

int main()
{
	map<int, string> m;
	// 构造一个匿名对象插入
	m.insert(pair<int, string>(2, "two"));
	m.insert(pair<int, string>(1, "one"));
	m.insert(pair<int, string>(3, "three"));
	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果如下

方式二： 调用make_pair函数模板

make_pair函数模板如下

template <class T1, class T2>
pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
	return (pair<T1, T2>(x, y));
}

make_pair可以根据传入参数类型自行推导模板类型

上述代码可改为

int main()
{
	map<int, string> m;
	// 构造一个匿名对象插入
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果相同

insert的返回值也是一个pair对象，pair中第一个成员类型是插入的map的迭代器类型，第二个成员类型是bool类型

bool类型的作用如下

• 若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
• 若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

map的[ ]运算符重载

函数原型：

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

函数的返回值如下：

(*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second

乍一看很是复杂，把括号分清后便明朗许多

原代码可分解为

mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
	//调用insert函数插入键值对
	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));
	//拿出从insert函数获返回的迭代器
	iterator it = ret.first;
	//返回该迭代器位置元素的值value
	return it->second;
}

应用场景：

void test_map1()
{
	string str[] = { "sort", "sort", "tree", "insert", "sort", "tree", "sort", "test", "sort" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e : str)
	{
		countMap[e]++;
	}

	for (auto& e : countMap)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

运行结果

map其他常用成员函数

使用示例

int main()
{
	map<int, string> m;
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	m.insert(make_pair(4, "four"));
	//根据key值进行删除
	m.erase(3);
	//根据迭代器进行删除
	map<int, string>::iterator pos = m.find(4);
	if (pos != m.end())
	{
		m.erase(pos);
	}
	// 获取元素为2的迭代器
	pos = m.find(2);
	if (pos != m.end())
	{
		cout << pos->first<<"-"<<pos->second << endl; 
	}
	//获取容器中元素的个数
	cout << m.size() << endl; 
	//容器中key值为2的元素个数
	cout << m.count(2) << endl; 
	//清空容器
	m.clear();
	//容器判空
	cout << m.empty() << endl;
	//交换两个容器中的数据
	map<int, string> tmp;
	m.swap(tmp);
	
	return 0;
}

map的迭代器相关函数

操作演示

int main()
{
	map<int, string> m;
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	// 正向迭代器遍历
	map<int, string>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << it->first << "-" << it->second << endl;
		it++;
	}
	cout << endl;
	// 反向迭代器遍历
	map<int, string>::reverse_iterator it2 = m.rbegin();
	while (it2 != m.rend())
	{
		cout << it2->first << "-" << it2->second << endl;
		it2++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

multiset

multimap容器和map容器的区别与multiset容器和set容器的区别一样，multimap允许键值冗余，即multimap容器当中存储的元素是可以重复的。

int main()
{
	multimap<int, string> mt;
	//插入元素（允许重复）
	mt.insert(make_pair(2, "two"));
	mt.insert(make_pair(2, "two"));
	mt.insert(make_pair(1, "one"));
	mt.insert(make_pair(3, "three"));
	for (auto e : mt)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl; 
	return 0;
}

注意： 由于multimap容器允许键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个元素的value的引用存在歧义，因此在multimap容器不支持[ ]运算符重载函数。