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C++map和set的介绍及使用

C++map和set的介绍及使用

零、前言

本章主要讲解C++中的关联式容器map和set的介绍及其使用

一、关联式容器

  • 容器分类：
  1. 序列式容器：初阶阶段中学习过STL中的部分容器，如：vector、list、deque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（保存映射关系），在数据检索时比序列式容器效率更高

根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的关联式式容器：树型结构与哈希结构

  • 关联式容器：
    关联式容器容器结构底层实现set、map、multiset、multimap树型结构平衡搜索树（红黑树）unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap哈希结构哈希表，哈希桶

    二、键值对

  • 概念：

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

  • 示例：

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<classT1,classT2>structpair{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、C++中的set

1、set的介绍

  • 概念：
  1. set是按照一定次序存储元素的容器，这种次序使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列注：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. 在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对，并且每个value必须是唯一的（可以使用set进行去重）注：set中的元素不能在容器中修改(元素总是const，修改无法保证数据的次序)，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注：默认按照小于来比较，中序遍历后为升序序列
  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：接近完全二叉树，查找的时间复杂度为logN

2、set的使用

  • set的模板参数列表：
    image-20220224194135975

  • 解释：

  1. T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对
  2. Compare：比较方法，set中元素默认按照小于来比较（中序遍历为升序）
  3. 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

注意：在使用set时，需要包含头文件set

  • set的构造：
    函数声明功能介绍set (const Compare& comp = Compare());构造空的setset (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare());用[first, last)区间 中的元素构造setset ( const set<Key,Compare>& x);set的拷贝构造

  • 示例：

voidtestset1(){
    set<int> set1;//空构造int num[]={4,5,1,8,2,4,6,3};
    set<int>set2(num, num+sizeof(num)/sizeof(num[0]));//对于数组使用原生指针构造
    set<int>set3(set2);//拷贝构造// 范围for打印，从打印结果中可以看出：set可去重for(auto& e : set3)
        cout << e <<" ";
    cout << endl;}

  • 结果：
    image-20220224201435145

  • 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endreverse_iterator rend()返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即 rbeginconst_reverse_iterator crbegin() const返回set第一个元素的反向const迭代器，即cendconst_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

  • 示例：

voidtestset2(){int num[]={4,5,1,8,2,4,6,3};
    set<int>set1(num, num +sizeof(num)/sizeof(num[0]));//对于数组使用原生指针构造// 范围for打印，从打印结果中可以看出：set可去重for(auto& e : set1)
        cout << e <<" ";
    cout << endl;//迭代器正向遍历auto it1 = set1.begin();while(it1 != set1.end()){
        cout <<*it1 <<" ";
        it1++;}
    cout << endl;//迭代器反向遍历auto it2 = set1.rbegin();while(it2 != set1.rend()){
        cout <<*it2 <<" ";
        it2++;}}
  • 结果：

image-20220224202010972

  • 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truesize_type size() const返回set中有效元素的个数

  • 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

  • 示例：

voidtestset3(){int num[]={1,8,4,5,3,9,2,6,7,4,5};
    set<int> set;for(int e : num)//插入{auto ret=set.insert(e);if(ret.second ==false)
            cout << e <<"插入失败"<< endl;}for(auto& e : set)//遍历
        cout << e <<" ";
    cout << endl;
    cout <<"count 5:"<< set.count(5)<< endl;
    set.erase(set.find(8));//删除for(auto& e : set)
        cout << e <<" ";
    cout << endl;}
  • 结果：

image-20220224202852151

四、C++中的multiset

  • multiset的介绍：

multiset容器与set容器实现和接口基本一致，唯一区别就是，multiset允许键值冗余，即multiset容器当中存储的元素是可以重复的

注意：对于find来说multiset返回底层搜索树中序的第一个键值为key的元素的迭代器

  • 示例：
voidTestMSet(){int array[]={2,1,2,1,6,0,1,6,4,7};// 允许键值冗余
    multiset<int>s(array, array +sizeof(array)/sizeof(array[0]));for(auto& e : s)
        cout << e <<" ";
    cout << endl;}
  • 结果：
    image-20220224210117951

    五、C++中的map

1、map的介绍

  • 概念：
  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 value_type;
  3. 在内部map中的元素总是按照键值key进行比较排序以及查找
  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（这里是在insert上的一个封装）
  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)

注：set和map基本差不多，但是set是k模型，而map是kv模型，这导致在部分地方又有些不一样

2、map的使用

  • map的模板参数说明:
    image-20220224203234819

  • 解释：

  1. key: 键值对中key的类型
  2. T： 键值对中value的类型
  3. 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)
  4. 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map

  • map的构造：
    函数声明功能介绍map (K,V);构造空的mapmap (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare());用[first, last)区间 中的元素构造mapmap ( const map<Key,Value,Compare>& x);map的拷贝构造

  • 示例：

voidtestmap1(){
    map<int,int> map1;//空构造int num[]={1,5,9,4,8,2,3,1,5,4,5,7};for(auto e : num){
        map1.insert(make_pair(e,e));}
    map<int,int>map2(map1.begin(),map1.end());//迭代区间构造
    map<int,int>map3(map2);//拷贝构造for(auto& e : map3){
        cout << e.first <<":"<< e.second << endl;}}
  • 结果：

image-20220224223634665

  • 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

  • 示例：

voidtestmap2(){
    map<int,int> map1;//空构造int num[]={1,5,9,4,8,2,3,1,5,4,5,7};for(auto e : num){//map1.insert(pair<int,int>(e, e));
        map1.insert(make_pair(e, e));//等同于}//迭代器正向遍历auto it1 = map1.begin();while(it1 != map1.end()){//cout << (*it1).first << ":"<<(*it1).second<<endl;
        cout << it1->first <<":"<<it1->second<<endl;//等同于
        it1++;}//迭代器反向遍历auto it2 = map1.rbegin();while(it2 != map1.rend()){
        cout << it2->first <<":"<< it2->second << endl;//等同于
        it2++;}}

  • 结果：
    image-20220224224158470

  • map的容量与元素访问：
    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falsesize_type size() const返回map中有效元素的个数mapped_type& operator[] (const key_type& k)返回key对应的value

  • operator[]的使用：

image-20220224224704417

  • 解释：

在元素访问时，operator[]通过key找到与key对应的value然后返回其引用，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

  • 示例：做统计
voidtestmap3(){int arr[]={1,4,8,5,9,6,4,2,9,6,4,1,8,5};
    map<int,int, greater<int>> countmap;for(auto e : arr){
        countmap[e]++;//当不存在对应key则插入键值pair(e,int()),这里的int()即是0 返回0再++//当存在对应key则返回对应的value，再++}auto it1 = countmap.begin();while(it1 != countmap.end()){//cout << (*it1).first << ":"<<(*it1).second<<endl;
        cout << it1->first <<":"<< it1->second << endl;//等同于
        it1++;}}

  • 结果：
    image-20220224234833679

  • 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endconst_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cendsize_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

  • 示例：

voidtestmap4(){int num[]={1,8,4,5,3,9,2,6,7,4,5};
    map<int,int> map;for(int e : num)//插入{auto ret = map.insert(make_pair(e,e));if(ret.second ==false)
            cout << e <<"插入失败"<< endl;}for(auto& e : map)//遍历
        cout << e.first <<":"<< e.second << endl;
    cout <<"count 5:"<< map.count(5)<< endl;
    map.erase(map.find(8));//删除for(auto& e : map)//遍历
        cout << e.first <<":"<< e.second << endl;}

  • 结果：
    image-20220225101953757

    六、C++中的multimap

  • multimap的介绍：

multimap容器与map容器的底层实现以及成员函数的接口都是基本一致，区别是multimap允许键值冗余，即multimap容器当中存储的元素是可以重复的

  • 注意：
  1. 对于find来说multimap返回底层搜索树中序的第一个键值为key的元素的迭代器
  2. 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容器当中没有实现[ ]运算符重载函数
  • 示例：
voidtestMmap(){
    multimap<int, string> mm;//允许键值冗余
    mm.insert(make_pair(2,"two"));
    mm.insert(make_pair(2,"double"));
    mm.insert(make_pair(2,"2"));
    mm.insert(make_pair(2,"second"));
    mm.insert(make_pair(1,"one"));
    mm.insert(make_pair(3,"three"));for(auto e : mm){
        cout << e.first <<":"<< e.second << endl;}
    cout << endl;//从第一个2找起，遍历到最后一个auto pos = mm.find(2);while(pos != mm.end()&& pos->first ==2){
        cout << pos->first <<":"<< pos->second << endl;
        pos++;}}
  • 结果：

image-20220225103601191

标签： c++
本文转载自: https://blog.csdn.net/CS_z_jun/article/details/123150356
版权归原作者 可口也可樂、 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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