C++进阶--map和set的介绍及使用

2024-01-07 17:52:11

一、关联式容器与键值对

关联式容器

??在初阶阶段,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。那什么是关联式容器?它与序列式容器有什么区别?
??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。

键值对pair

??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,即通过该英文单词,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)
	{}
};

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。下面依次介绍每一个容器。

二、set

2.1 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(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。

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: l o g 2 n log_2 n log2?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。

2.2 set的使用

2.2.1 set的模板参数列表

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>的键值对的。
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

2.2.2 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

2.2.3 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

2.2.4 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

2.2.5 set修改操作

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的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

2.2.6 set的使用举例

#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(array, array+sizeof(array)/sizeof(array));
	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;
}

三、multiset

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)。
    注意

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 ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2?N)
7. multiset的作用:可以对元素进行排序

3.2 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

#include <set>
void TestSet()
{
	int array[] = { 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;
}

四、map

4.1 map的介绍

  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通常用于排序和唯一地标识元素,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))。

4.2 map的使用

4.2.1 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。

4.2.2 map的构造

函数声明功能介绍
map()构造一个空的map

4.2.3 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

4.2.4 map的容量与元素访问

函数声明功能介绍
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

问题:当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题?
在这里插入图片描述
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,返回默认value,at()函数直接抛异常

4.2.5 map中元素的修改

函数声明功能介绍
pair 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;
}

总结

  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 ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2?N)
  6. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

五、multimap

5.1 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:
    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

5.2 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:

六、完整代码

6.1 test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include<iostream>
#include<set>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;


//set  -- key
//map  -- key/value


void test_set1()
{
	//排序+去重,最后输出为1 2 3 4 
	set<int> s1;
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);
	s1.insert(2);

	set<int>::iterator it1 = s1.begin();
	while (it1 != s1.end())
	{
		//搜索树不允许修改key,可能会破坏搜索的规则
		//*it1 += 1;

		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	//范围for
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}



void test_set2()
{
	//排序+去重
	set<int> s1;
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);
	s1.insert(2);

	int x;
	while (cin >> x)
	{
		/*auto ret = s1.find(x);
		if (ret != s1.end())
		{
			cout << "在" << endl;
		}
		else
		{
			cout << "不在" << endl;
		}*/

		if (s1.count(x))
		{
			cout << "在" << endl;
		}
		else
		{
			cout << "不在" << endl;
		}
	}
}


void test_set3()
{
	//只进行排序,不去重,最后输出为1 1 2 2 3 4
	multiset<int> s1;
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);
	s1.insert(2);

	multiset<int>::iterator it1 = s1.begin();
	while (it1 != s1.end())
	{
		//搜索树不允许修改key,可能会破坏搜索的规则
		//*it1 += 1;

		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	//范围for
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//多个key,find中序的第一个key
	auto ret = s1.find(1);
	while (ret != s1.end() && *ret == 1)
	{
		cout << *ret << " ";
		++ret;
	}
	cout << endl;

	cout << s1.count(1) << endl;
	cout << s1.count(2) << endl;
}


//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)
//	{}
//};



void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	//dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
	dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
	dict.insert(make_pair("count", "计数"));

	dict.insert(make_pair("string", "(字符串)"));    //插入失败  只要是key相同(不管value相不相同)就表示相同

	dict["left"];       //插入
	dict["right"] = "右边";    //插入+修改
	dict["string"] = "(字符串)";    //修改
	cout << dict["string"] << endl;   //查找
	cout << dict["string"] << endl;   //查找

	//map<string, string>::iterator dit = dict.begin();
	auto dit = dict.begin();
	while (dit != dict.end())
	{
		//cout << (*dit).first << ":" << (*dit).second << endl;
		cout << dit->first << ":" << dit->second << endl;
		++dit;
	}
	cout << endl;
}


void test_map2()
{
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
	"苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	/*for (auto& e : arr)
	{
		auto ret = countMap.find(e);
		if (ret == countMap.end())
		{
			countMap.insert(make_pair(e, 1));
		}
		else
		{
			ret->second++;
		}
	}

	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}*/


	for (auto& e : arr)
	{
		countMap[e]++;
	}

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


//V& operator[](const K& key)                 //1.插入 2.修改 3.插入+修改 4.查找
//{
//	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));
//	return ret.first->second;
//}


int main()
{
	//test_set1();
	//test_set2();
	//test_set3();
	//test_map1();
	test_map2();

	return 0;
}

文章来源:https://blog.csdn.net/m0_70091181/article/details/135438261
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