文章目录
- 1. 关联式容器
- 2. 键值对
- 3. 树形结构的关联式容器
- 3.1 set
- 3.1.1 set的介绍
- 3.1.2 set的使用
- 3.2 map
- 3.2.1 map的介绍
- 3.2.2 map的使用
- 3.3 multiset
- 3.3.1 multiset的介绍
- 3.3.2 multiset的使用
- 3.4 multimap
- 3.4.1 multimap的介绍
- 3.4.2 multimap的使用
1. 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。
2. 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。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，即通过查找该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。
3. 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。
3.1 set
3.1.1 set的介绍
set文档介绍
要点：
- set是按照一定次序存储元素的容器
- 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。 - 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： l o g 2 n log_2 n log2n
- set中的元素不允许修改(为什么?)
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
3.1.2 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
| 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 |
代码例子如下：
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
for (int i = 10; i >= 0; --i)
{
v.push_back(i);
}
set<int> s1;
set<int> s2(v.begin(), v.end());
set<int> s3 = s2;
for (auto e : s3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
编译结果为：
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
- 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 |
代码如下：
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
for (int i = 10; i >= 0; --i)
{
v.push_back(i);
}
set<int> s(v.begin(), v.end());
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
set<int>::const_iterator tp = s.begin();
while (tp != s.end())
{
cout << *tp << " ";
++tp;
}
cout << endl;
set<int>::reverse_iterator sp = s.rbegin();
while (sp != s.rend())
{
cout << *sp << " ";
++sp;
}
cout << endl;
set<int>::const_reverse_iterator sh = s.rbegin();
while (sh != s.rend())
{
cout << *sh << " ";
++sh;
}
cout << endl;
set<int>::const_reverse_iterator ssh = s.crbegin();
while (ssh != s.crend())
{
cout << *ssh << " ";
++ssh;
}
return 0;
}
- 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 |
代码如下：
int main()
{
vector<int> v;
for (int i = 10; i >= 0; --i)
{
v.push_back(i);
}
set<int> s1;
set<int> s2(v.begin(), v.end());
set<int> s3 = s2;
for (auto e : s3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << s1.empty() << endl;
cout << s3.empty() << endl;
cout << s1.size() << endl;
cout << s3.size() << endl;
return 0;
}
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1
0
0
11
- 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 |
set的使用具体：
#include<iostream>
#include<set>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
/*srand(time(0));*/
vector<int> v1;
/*for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
int tmp = rand();
v1.push_back(tmp);
}*/
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
v1.push_back(10 - i);
}
set<int> s1(v1.begin(), v1.end());
//v里面元素为：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
cout << s1.insert(5).second << endl;
//5存在，插入失败，第二个位置返回false(0);
cout << *s1.insert(5).first << endl;
//第一个位置返回指向5位置所在的迭代器，故打印时需要解引用（*）；
s1.erase(5);//删除第五个元素，即为5
for (auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;//5已经被删除
s1.insert(100);
for (auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << s1.erase(100) << endl;//删除set中对应类型的元素，删除100；返回被删除的个数1
for (auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
s1.erase(++s1.begin(), --s1.end());//除了头尾全部删除
for (auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
int arr[] = { 1,2,3,4,5,6 };
set<int> first(arr, arr + 3);
set<int> second(arr + 3, arr + 6);
first.swap(second);//直接交换两个set中的元素
for (auto e : first)
cout << e << " ";
cout << endl;
second.clear();
cout << second.empty() << endl;
cout << *first.find(5) << endl;//返回的是指向5的迭代器，进行解引用打印输出。
cout << first.count(7) << endl;//返回7的个数，为零个。
return 0;
}
运行结果如下：
0
5
1 2 3 4 6 7 8 9 10
1 2 3 4 6 7 8 9 10 100
1
1 2 3 4 6 7 8 9 10
1 10
4 5 6
1
5
0
3.2 map
3.2.1 map的介绍
map的文档介绍
要点：
- 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; - 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))。
3.2.2 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。
注意：在使用map时，需要包含头文件。 - map的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| map() | 构造一个空的map |
- 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() +cend() | 与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改 |
| rbegin()+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()+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 |
代码如下：
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
map<string, int> mp1;
mp1["jiejie"] = 24;
mp1["knight"] = 23;
mp1["369"] = 21;
map<string, int>::iterator it = mp1.begin();
while (it != mp1.end())
{
cout << it->first << " ";
++it;
}
cout << endl;
map<string, int>::const_iterator tp = mp1.cbegin();
//cbegin() 和 cend() 返回的是 const 迭代器，这意味着你不能通过这些迭代器更改容器中的元素。
//如果你需要更改容器中的元素，你应该使用 begin() 和 end() 函数，它们返回的是非 const 迭代器。
while (tp != mp1.cend())
{
cout << tp->first << " ";
++tp;
}
cout << endl;
map<string, int>::reverse_iterator r1 = mp1.rbegin();
while (r1 != mp1.rend())
{
cout << r1->first << " ";
++r1;
}
cout << endl;
map<string, int>::const_reverse_iterator d1 = mp1.crbegin();
while (d1 != mp1.crend())
{
cout << d1->first << " ";
d1++;
}
return 0;
}
运行结果如下：
369 jiejie knight
369 jiejie knight
knight jiejie 369
knight jiejie 369
- 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 |
示例代码如下：
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
map<string, int> mp;
cout << mp.empty() << endl;//1:为空
mp.insert(make_pair("jiejie", 2021));
cout << mp.size() << endl;//1个
mp["ning"] = 2018;
//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？
//如果 k 与容器中元素的键匹配，则该函数返回对其映射值的引用。
mp["leave"];
//如果 k 与容器中任何元素的键不匹配，则该函数将插入具有该键的新元素，并返回对其映射值的引用。
//请注意，这始终将容器大小增加 1，即使没有为元素分配映射值(默认为零，就像上面添加的leave一样)
//（元素是使用其默认构造函数构造的）。
for (auto e : mp)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
return 0;
}
运行结果如下：
1
1
jiejie:2021
leave:0
ning:2018
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 ( constkey_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 |
代码如下：
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
#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;
}
int main()
{
TestMap();
return 0;
}
运行结果如下：
3
apple--->苹果
banan--->香蕉
peach--->桃子
键值为peach的元素已经存在：peach--->桃子 插入失败
apple被吃了
【总结】
- map中的的元素是键值对
- map中的key是唯一的，并且不能修改
- 默认按照小于的方式对key进行比较
- 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
- 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(log2N)
- 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。
3.3 multiset
3.3.1 multiset的介绍
multiset文档介绍
要点：
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
注意： - multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set中value是唯一的
- 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
- multiset中的元素不能修改
- 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(log2N)
- multiset的作用：可以对元素进行排序
3.3.2 multiset的使用
此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口与set相同，同学们可参考set。
#include<iostream>
#include<set>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
int array[] = { 1,4,3,9,6,4,5,7,7,3 };
multiset<int> s1(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
for (auto& e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果如下：
1 3 3 4 4 5 6 7 7 9
3.4 multimap
3.4.1 multimap的介绍
multimap文档介绍
总结：
- multimap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。 - 在multimap中，通常按照key排序和唯一地标识元素，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; - 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。 - 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。 - 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。
3.4.2 multimap的使用
multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：
- multimap中的key是可以重复的。
- multimap中的元素默认将key按照小于来比较。
- multimap中没有重载operator[]操作，因为：对于std::multimap来说，关键的问题是它允许多个相同的键。因此，对于给定的键，你可能会有多个不同的值。在这种情况下，使用operator[]可能会产生混淆。
- 使用时与map包含的头文件相同。
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
multimap<string, string> mp;//multimap中的key是const类型的
//不可修改。
mp.insert(make_pair<const string,string>("chinese", "中国人"));
mp.insert(make_pair < const string, string>("chinese", "中文"));
mp.insert(make_pair < const string, string>("hello", "你好"));
for (auto e : mp)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
return 0;
}
运行结果：
chinese:中国人
chinese:中文
hello:你好
