C++：set和map的使用

一般来说，像string、vector、list、deque、forward_list等容器，这些容器的底层逻辑机构为线性序列的数据结构，所以这些容器也叫做序列式容器，序列式容器两个位置存储的值之间一般没有紧密的关联关系，如若将其交换，依旧是序列式容器。序列式容器中的元素是按他们在容器中的存储位置保存和访问的。

与之相反，关联式容器逻辑结构通常是非线性的，两个位置有紧密的关联关系，不允许交换，因为会破坏存储结构。关联式容器中的元素是按照关键字来保存和访问的。

关联式容器有map/set系列和unordered_set/unordered_map系列。map和set的底层是红黑树（二叉搜索树），set是key搜索场景的结构，map是key/value搜索场景的结构。

set

set类的介绍

template < class T,                    // set::key_type/value_type
           class Compare = less<T>,    // set::key_compare/value_compare
           class Alloc = allocator<T>  // set::allocator_type 空间配置器
           > class set;

说明：

1.T就是set底层关键字key的类型。

2。set默认支持（不传参）是小于比较，如果有需求，可更改传入的仿函数。

3.set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果有特别需要可以自己实现内存池传入。

4.一般而言，我们只需传入第一个参数，后两个参数不需要手动传。

5.set的底层是红黑树，**增删查的效率是O(logN)**，迭代且走的是树的中序遍历，得到的结果是有序的。

template < class T,                    // set::key_type/value_type
           class Compare = less<T>,    // set::key_compare/value_compare
           class Alloc = allocator<T>  // set::allocator_type 空间配置器
           > class set;
           
//1.单个数据插入，如果已经存在则插入失败 
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);

//2.列表插入，已经在容器中存在的值不会插入 
void insert(initializer_list<value_type> il);

//3.迭代器区间插入，已经在容器中存在的值不会插入 
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);

//查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end() 
iterator find(const value_type& val);

//查找val，返回Val的个数 
size_type count(const value_type& val) const;

//1.删除一个迭代器位置的值 
iterator erase(const_iterator position);

//2.删除val，val不存在返回0，存在返回1 
size_type erase(const value_type& val);

//3.删除一段迭代器区间的值 
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

//返回大于等于val位置的迭代器 
iterator lower_bound(const value_type& val) const;

//返回大于val位置的迭代器 
iterator upper_bound(const value_type& val) const;

set是key结构, map才是key/value结构, 这里的key_type和value_type是为了保持与map一致，所以才有了value_type，在set中其实就是key，当然key_type也是key。

构造和迭代器

1.set的构造有无参默认构造、迭代器区间构造、拷贝构造和列表构造。

2.set的迭代器是双向迭代器，支持正向和反向遍历，但要注意的是，无法通过迭代器修改数据，这样会破坏搜索树的结构。

void test_set1()
{
    vector<int> v({1,5,4,2,3,6,7,8,9});
    
    set<int> s1;                          //无参认构造
    set<int> s2(v.begin(), v.end());      //迭代器区间构造
    set<int> s3(s2);                      //拷贝构造
    set<int> s = { 1,5,4,2,3,6,7,8,9 };   //列表初始化构造

    //1.正向迭代器
    for (auto e : s2)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    
    //set<int>::iterator it = s2.begin();
    auto it = s2.begin();
    while (it != s2.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    //2.set是双向迭代器迭代器支持++/--，但是不是随机迭代器不支持+/-
    it = --s2.end();
    auto end = --s2.begin();
    while (it != end)
    {
        cout << *it << " ";
        --it;
    }
    cout << endl;

    //3.反向迭代器
    //auto rit = s2.rbegin();
    set<int>::reverse_iterator rit = s2.rbegin();
    while (rit != s2.rend())
    {
        cout << *rit << " ";
        ++rit;    
    }
    cout << endl;

}

增删查

set支持增删查，但不支持修改，会破坏红黑树的结构。

set不支持插入相同的数据，但是multiset支持插入相同的数据。

insert

//1.单个数据插入，如果已经存在则插入失败 
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);

//2.列表插入，已经在容器中存在的值不会插入 
void insert(initializer_list<value_type> il);

//3.迭代器区间插入，已经在容器中存在的值不会插入 
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);

删除具体的值返回size_type而不是bool是为了与multiset保持一致，multiset含有重复数据（例如：multiset中有3个5，若要删除5，则返回值就是3）

void test_set2()
{
    vector<int> v({ 7,6,8 });

    //1.单个数据插入，如果已经存在则插入失败 
    set<int> s1;
    s1.insert(3);
    s1.insert(3);
    s1.insert(1);
    s1.insert(2);

    //2.插入列表，同理如果已经存在则该数据插入失败
    s1.insert({ 4, 6, 5, 4 });

    //3.插入迭代器区间
    s1.insert(v.begin(), v.end());

    set<int> s2;
    s2.insert(3);
    s2.insert(2);
    s2.insert(1);
    s2.insert(5);
    s2.insert(4);
    s2.insert(5);

    set<int>::iterator it = s2.begin();
    while (it != s2.end())
    {
        cout << *it << " "; //输出1 2 3 4 5
        ++it;
    }
    cout << endl;

    //单参数支持隐式类型转换：构造tmp+用tmp拷贝构造strs1——>优化为直接构造strs1
    set<string> strs1 = { "white", "blue", "black" };

    //调用默认构造
    set<string> strs2({ "white", "blue", "black" });

    //遍历strs1比较ascll码大小顺序遍历的
    for (auto& e : strs1)
    {
        cout << e << " ";

    }
    cout << endl;
}

find和erase

find在算法库也有，适用于各种容器，时间复杂度为O(n)。

auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);

set自己的find是利用二叉搜树进行查找，时间复杂度 O(logN)

auto pos2 = s.find(x);

//1.删除一个迭代器位置的值 
iterator erase (const_iterator position);

//2.删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase (const value_type& val);

//3.删除⼀段迭代器区间的值 
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);

//查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end() 
iterator find (const value_type& val);

//查找val，返回Val的个数 
size_type count (const value_type& val) const;

void test_set3()
{
    set<int> s = { 3, 2, 1, 5, 6, 7, 8, 9 , 11, 13, 12, 15, 14};

    //1.迭代器删除最小值
    s.erase(s.begin());

    //2.删除具体的值val：底层就是find+迭代器删除
    int x;
    cin >> x;
    int num = s.erase(x);
    if(num)
        cout << x << "删除成功！" << endl;
    else
        cout << x << "不存在！" << endl;

    //3.删除一段迭代器区间的值，注意是左闭右开区间
    auto first = s.find(5);
    auto last = s.find(7);
    s.erase(first, last);
    for (auto e : s)
        cout << e << " ";
    cout << endl;

    //find+迭代器删除
    int y;
    cin >> y;
    //找到返回该值的迭代器，找不到返回s.end()
    auto pos = s.find(y);
    if (pos != s.end())
        s.erase(pos);
    else
        cout << y << "不存在！" << endl;

    //利用count间接实现快速查找
    int z;
    cin >> z;
    if(s.count(z))
        cout << z << "存在！" << endl;
    else
        cout << z << "不存在！" << endl;
}

erase迭代器失效

void test_set4()
{
    set<int> s = { 1, 3, 4 ,6, 5, 2 };
    auto pos = s.find(4);
    //pos位置的迭代器失效
    //s.erase(pos);
    //cout << *pos << endl; //强行访问导致程序崩溃
    
    //正确做法，erase会返回删除元素的下一个元素，更新pos
    pos = s.erase(pos);
    //4的下一个元素是5
    cout << *pos << endl;

    //注意，若查找的是6的话，那么删除6后迭代器pos就变成了s.end()，此时访问程序崩溃

}

lower_bound与upper_bound

//返回大于等于val位置的迭代器：按照搜索树的规则找
iterator lower_bound(const value_type& val) const;

//返回大于val位置的迭代器：按照搜索树的规则找
iterator upper_bound(const value_type& val) const;

void test_set5()
{
    set<int> s1;
    for (int i = 1; i < 10; i++)
    {
        s1.insert(i * 10); //10 20 30 40 50 60 70 80 90
    }
    set<int> s2(s1);
    cout << endl;

    //要求：删除[30, 60]区间的值

    //1.erase的迭代器区间删除左闭右开：[)

    auto first = s1.find(30);
    auto last = s1.find(70);
    s1.erase(first, last);
    for (auto e : s1)
    {
        cout << e << " "; //10 20 70 80 90
    }
    cout << endl;

    //要求：删除[25, 55]区间的值,那就要找到30 60位置的迭代器，但上面的方法无效，因为find查找不到，返回的是s.end()迭代器

    //此时需要用到lower_bound和upper_bound

    auto itlow = s2.lower_bound(25); //返回 >= 25的迭代器：就是30位置的迭代器
    auto itup = s2.upper_bound(55);  //返回 > 55的迭代器：就是60位置的迭代器
    s2.erase(itlow, itup);
    for (auto e : s2)
    {
        cout << e << " "; //10 20 60 70 80 90
    }
    cout << endl;
    
}

multiset和set的区别

multiset与set的使用基本类似，主要区别在于multiset支持冗余插入，那么insert/find/count/erase就会有所区别。

void test_set6()
{
    //相比set不同的是，multiset是排序，但是不去重 
    multiset<int> mulset = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };
    auto it = mulset.begin();
    while (it != mulset.end())
    {
        cout << *it << " "; //输出：2 2 4 4 4 4 5 7 8 9
        ++it;
    }
    cout << endl;

    //x可能会存在多个，find查找中序的第一个 
    int x;
    cin >> x;
    auto pos = mulset.find(x);
    while (pos != mulset.end() && *pos == x)
    {
        cout << *pos << " ";
        ++pos;
    }
    cout << endl;

    //count会返回x的实际个数 
    cout << mulset.count(x) << endl;

    //erase给值时会删除所有的x 
    mulset.erase(x);
    for (auto e : mulset)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    
}

map

map类的介绍

template < class Key,                                     // map::key_type
           class T,                                       // map::mapped_type
           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type
           > class map;

1.Key就是map底层关键字声明，T就是map底层value的类型。

2.map默认要求Key支持小于比较，如若需要，可以手动传仿函数。

3.map底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。

4。map底层也是红黑树，增删查改的效率是O(logN) ，注意，这里的改指的是修改Value，Key是不能修改的。

pair类型介绍

template <class T1, class T2>
struct pair
{
    T1 first;
    T2 second;

    //无参默认构造
    pair()
        :first(T1())
        ,second(T2())
    {}

    pair(const T1& a, const T2& b)
        :first(a)
        ,second(b)
    {}

    //拷贝构造
    template<class U, class V>
    pair(const pair<U, V>& pr)
        :first(pr.first)
        ,second(pr.second);
    {}
};

//创建pair对象
template <class T1, class T2>
inline ::pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
    return pair<T1, T2>(x, y);
}

Member types 
key_type    ->  The first template parameter (Key)    
mapped_type    ->  The second template parameter (T)    
value_type    ->  pair<const key_type,mapped_type>

map是key/value搜索场景的结构，key_type就是key，而mapped_type就是value，而value_type才是pair。

构造和迭代器

1.mapt的构造有无参默认构造、迭代器区间构造、拷贝构造和列表构造。

2.map支持正向和反向迭代，遍历默认是升序。

//empty (1) 无参默认构造 
explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),
             const allocator_type& alloc = allocator_type());

//range (2) 迭代器区间构造 
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last,
    const key_compare& comp = key_compare(),
    const allocator_type & = allocator_type());

//copy (3) 拷贝构造 
map(const map& x);

//initializer list (4) initializer 列表构造 
map(initializer_list<value_type> il,
    const key_compare& comp = key_compare(),
    const allocator_type& alloc = allocator_type());

//迭代器是一个双向迭代器 
iterator->a bidirectional iterator to const value_type

//正向迭代器 
iterator begin();
iterator end();

//反向迭代器 
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();

void test_map1()
{
    //无参默认构造
    map<int, int> m1;

    //迭代器区间构造
    vector<pair<int, int>> v = { {1,1}, {2, 2}, {3, 3} };
    map<int, int> m2(v.begin(), v.end());

    //拷贝构造
    map<int, int> m3(m2);

    //列表初始化构造
    map<int, int> m4 = { {1,1}, {2, 2}, {3, 3}, { 4, 4} };

    //1.正向迭代器
    //map<int, int>::iterator it = m4.begin();
    auto it = m4.begin();
    while (it != m4.end())
    {
        cout << it->first << " " << it->second << endl;
        ++it;
    }
    cout << endl;

    //2.反向迭代器
    auto rit = m4.rbegin();
    while (rit != m4.rend())
    {
        cout << rit->first << " " << rit->second << endl; //输出：1 2 1 2
        ++rit;
    }
    cout << endl;
}

增删查

Member types 
key_type    ->  The first template parameter (Key)    //key
mapped_type    ->  The second template parameter (T)    //value
value_type    ->  pair<const key_type,mapped_type>    //pair

//单个数据插入，如果已经key存在则插入失败，key存在相等value不相等也会插入失败 
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);

//列表插入，已经在容器中存在的值不会插入
void insert(initializer_list<value_type> il);

//迭代器区间插入，已经在容器中存在的值不会插入
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);

//查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end() 
iterator find(const key_type& k);

//查找k，返回k的个数 
size_type count(const key_type& k) const;

//删除一个迭代器位置的值 
iterator erase(const_iterator position);

//删除k，k存在返回0，存在返回1 
size_type erase(const key_type& k);

//删除一段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

//返回大于等于k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type& k);

//返回大于k位置的迭代器
const_iterator upper_bound(const key_type& k) const;

void test_map2()
{
    map<string, string> dict;

    //插入有名对象
    pair<string, string> kv1("first", "第一");
    dict.insert(kv1);

    //插入匿名对象
    dict.insert(pair<string, string>("second", "第二"));

    //利用make_pair函数返回构造的pair对象，插入
    dict.insert(make_pair("third", "第三"));

    //C++11支持多参数隐式类型转换成pair对象，插入
    dict.insert({ "forth", "第四" });

    //"forth"已经存在，插入失败
    dict.insert({ "forth", "第四" });

    auto it = dict.begin();
    while (it != dict.end())
    {
        cout << (*it).first << " " << (*it).second << endl;
        //map的迭代基本都使用operator->，这里省略了一个-> 
        //第一个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第二个箭头是结构指针解引用取pair数据
        cout << it->first << " " << it->second << endl;
        ++it;

        //it->first += 'x';   //key不支持修改
        //it->second += 'x'; // value支持修改
    }
    cout << endl;

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

    string str;
    while (cin >> str)
    {
        auto ret = dict.find(str);
        if (ret != dict.end())
        {
            cout << "->" << ret->second << endl;
        }
        else
        {
            cout << "无此单词，请重新输入" << endl;
        }
    }

    //erase与set中的erase一模一样，就不做演示了
}

关于insert这个函数，它返回的是一个pair，但这pair不是map里的pair，insert返回的pair的key是map的迭代器，value是一个bool值。当你插入一个{key，value}的时候，如果插入成功，返回的pair的迭代器是指向新节点的，bool值为真；当插入相同值的时候，也就是插入失败的时候，返回的pair的迭代器指向的是与插入{key，value}的key相等的节点，bool值为假。

所以这个insert既有插入的功能也有查找的功能。

map数据修改：重载operator[]

map支持修改value，既可以通过迭代器实现，也可以通过operator[]实现的。

注意从内部实现角度，map这理把我们传统说的value值，给的是T类型，typedef为mapped_type。而value_type是红黑树结点中存储的pair键值对值。日常使用我们还是习惯将这里的T映射值叫做value。

Member types
key_type     ->  The first template parameter (Key)
mapped_type  ->  The second template parameter (T)
value_type   ->  pair<const key_type,mapped_type>

//查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，如果找到了通过iterator可以修改key对应的mapped_type(value)值
iterator find(const key_type& k);

//insert插入一个pair<key, T>对象 
//1.如果key已经在map中，插入失败，则返回一个pair<iterator,bool>对象，
//返回pair对象first是key所在结点的迭代器，second是false

//2.如果key不在map中，插入成功，则返回一个pair<iterator,bool>对象，
//返回pair对象first是新插入key所在结点的迭代器，second是true

//也就是说无论插入成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭代器
//那么也就意味着insert插入失败时充当了查找的功能，正是因为这一点，insert可以用来实现operator[]

//需要注意的是这里有两个pair，不要混淆了，
//一个是map底层红黑树节点中存的pair<key, T>，
//另一个是insert返回值pair<iterator, bool>
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
mapped_type& operator[] (const key_type& k);

//operator的内部实现 
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
    //1.如果key不在map中，insert会插入key和mapped_type(value)的默认值，同时[]返回结点pair<iterator,bool>中存储
    //中的迭代器中存储的mapped_type(value)值的引用，那么我们可以通过引用修改返映射值。所以[]具备了插入 + 修改功能
    
    //2.如果k在map中，insert会插入失败，但是insert返回pair对象的first是指向与key值相同的结点的
    //迭代器，同时[]返回结点中存储mapped_type(value)值的引用，所以[]具备了查找 + 修改的功能

    pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
    iterator it = ret.first;

    return it->second;
}

void test_map3()
{
    map<string, string> dict;

    dict.insert({ "sort", "排序" });

    //insert不存在：插入{"insert", string()}
    dict["insert"];

    //left不存在：插入+修改
    dict["left"] = "左边";

    //left存在：修改 将"左边"修改为"左边、剩余"
    dict["left"] = "左边、剩余";

    //left存在：查找,确认left在才能这么用，否则就是插入了
    //输出：左边、剩余
    cout << dict["left"] << endl;

    //right不存在：插入
    //输出：什么都没有
    cout << dict["right"] << endl; 

}

void test_map4()
{
    //统计水果出现的次数 
    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> cntMap;

    //利用find和iterator修改功能，统计水果出现的次数 
    for (const auto& str : arr)
    {
        //先查找水果在不在map中 
        //1、不在，说明水果第一次出现，则插入{水果, 1} 
        //2、在，则查找到的节点中水果对应的次数++ 
        auto ret = cntMap.find(str);
        if (ret == cntMap.end())
            cntMap.insert({ str, 1 });
        else
            ret->second++;
    }

    //利用[]插入+修改功能，巧妙实现统计水果出现的次数 
    for (auto& str : arr)
    {
        //先查找水果在不在map中 
        //1、不在，说明水果第一次出现，则插入{水果, 1} 
        //2、在，则查找到的节点中水果对应的次数++
        cntMap[str]++;
    }

    for (auto& e : cntMap)
    {
        //输出苹果:6
        //    西瓜:3
        //    香蕉 : 2
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
}

multimap和map的区别

multimap和map的使用基本完全类似，主要区别点在于multimap支持关键值key冗余，而insert/find/count/erase也是key冗余有所差异，这里跟set和multiset完全一样，比如find时，有多个key，返回中序第一个。

其次就是multimap不支持[]，因为支持key冗余，[]就只能支持插入了，不能支持修改（因为key有重复，所以不知道修改哪个value）。

int main()
{
    multimap<string, string> dict;

    //插入一定成功
    dict.insert({ "sort", "排序" });
    dict.insert({ "sort", "排序1" });
    dict.insert({ "sort", "排序2" });
    dict.insert({ "sort", "排序3" });
    dict.insert({ "sort", "排序" });
    dict.insert({ "string", "字符串" });

    //将sort全部删除
    dict.erase("sort");

    return 0;
}

拜拜，下期再见😏

摸鱼ing😴✨🎞