C++进阶之路---我们在何种情况下使用set和map

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前言

   在之前的学习中，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**：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**。

   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。下面一依次介绍每一个容器。

一、set

1.set的介绍

**   使用我们的神器工具cplusplus，链接：set文档介绍 **

翻译：

   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.set的使用

1.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**

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 <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;
}

2、map

1.map的介绍

** 使用我们的神器工具cplusplus，链接：map**的文档简介

翻译：

   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<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))。

2.map的使用

1.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。**

注意：在使用map时，需要包含头文件 #include<map>

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*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？**

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;
 }

3.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(log2​N)
    6.支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

结语：C++关于如何使用set和map的分享到这里就结束了，希望本篇文章的分享会对大家的学习带来些许帮助，如果大家有什么问题，欢迎大家在评论区留言~~~