文章目录
- 一、关联式容器与键值对
- 1.1关联式容器（之前学的都是序列容器）
- 1.2键值对pair
- make_pair函数（map在插入的时候会很方便）
- 1.3树形结构的关联式容器
- 二、set
- 2.1set的基本介绍
- 2.1默认构造、迭代器区间构造、拷贝构造（深拷贝）
- 2.2set的迭代器
- 2.3set的插入与删除
- 1.insert（有时候插入会直接改变树的结构）
- 2.find&&erase
- 3.`count`：**返回个数，可以判断一个值是否存在**
- 三、multiset
- 四、map（知识点多）
- 4.1map的模板参数
- 4.2map的构造
- 4.3map的修改（[]的完整用法是最难理解的）
- 1.insert插入（make_pair(x,y)别忘了写）
- 2.引入[]之统计次数
- 3.详解[]的使用以及底层原理
- []的三个功能
- []的底层原理
- map[]的总结
- 4.4综合题之map利用字符串流统计出现次数
- 五、multimap
- 六、leetcode真题
- 6.1set之俩个数组的交集
- 6.2map之前K个高频单词
一、关联式容器与键值对
1.1关联式容器（之前学的都是序列容器）
在C++初阶的时候，我们已经接触了 STL 中的部分容器并进行了模拟实现，比如 vector、list、stack、queue 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；
同样，关联式容器也是用来存储数据的，但与序列式容器不同的是，关联式容器里面存储的是 <key, value> 结构的键值对，因此**在数据检索时比序列式容器效率更高**。
1.2键值对pair
键值对是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；其中 key 代表键值，value 代表与 key 对应的信息。
我们利用英汉互译的字典来理解：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。
template <class T1, class T2>
struct pair
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;
T1 first; //key
T2 second; //value
pair() : first(T1()), second(T2()) //默认构造
{}
pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b)
{}
};
可以看到，C++ 中的键值对是通过 pair 类来表示的，pair 类中的 first 就是键值 key，second 就是 key 对应的信息 value；那么以后我们在设计 KV 模型的容器时只需要在容器/容器的每一个节点中定义一个 pair 对象即可；
问题：为什么不直接在容器中定义 key 和 value 变量，而是将 key、value 合并到 pair 中整体作为一个类型来使用呢？
答：这是因为 C++ 一次只能返回一个值，如果我们将 key 和 value 单独定义在容器中，那么我们就无法同时返回 key 和 value；而如果我们将 key、value 定义到另一个类中，那我们就可以直接返回 pair，然后再到 pair 中分别去取 first 和 second 即可
make_pair函数（map在插入的时候会很方便）
由于 pair 是类模板，所以我们通常是以 显式实例化 + 匿名对象 的方式来进行使用，但是由于显式实例化比较麻烦，所以 C++ 还提供了make_pair 函数，其定义如下：
template <class T1, class T2>
pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
return (pair<T1, T2>(x, y));
}
如上，make_pair 返回的是一个 pair 的匿名对象，匿名对象会自动调用 pair 的默认构造完成初始化；但由于 make_pair 是一个函数模板，所以模板参数的类型可以根据实参来自动推导完成隐式实例化，这样我们就不用每次都显式指明参数类型了。
小羊注：对于这个返回的是不是匿名对象，我有点不理解。
注：由于 make_pair 使用起来比 pair 方便很多，所以我们一般都是直接使用 make_pair，而不使用 pair
1.3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关联式容器
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二叉搜索树作为其底层结构，容器中的元素是一个有序的序列；本文将介绍这四个容器的使用
二、set
2.1set的基本介绍
set 是按照一定次序存储元素的容器，其底层是一棵平衡二叉搜索树 (红黑树)，由于二叉搜索树的每个节点的值满足左孩子 < 根 < 右孩子，并且二叉搜索树中没有重复的节点，所以 set 可以用来排序、去重和查找，同时由于这是一棵平衡树，所以 set 查找的时间复杂度为 O(logN)，效率非常高
set 从1000个数据找查找某个数据最多找10次，从100万个数据中找某一个数据最多找20次，从10亿个数据中找某一个数据最多找30次；我们中国现在人口总数估计已经大于10亿了，那么如果想查找是不是得费很多次数？并不是，2^31=20亿直接解决问题，所以最多31次可以精确定位到一个人。
同时，set 是一种 K模型 的容器，也就是说，set 中只有键值 key，而没有对应的 value，并且每个 key 都是唯一的 ；set 中的元素也不允许修改，因为这可能会破坏搜索树的结构，但是 set 允许插入和删除。
T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
Compare：仿函数，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
特点：
- set 是K模型的容器，所以 set 中插入元素时，只需要插入 key 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（multiset相反）
- 由于 set 底层是搜索树，所以使用 set 的迭代器遍历 set 中的元素，可以得到有序序列，即 set 可以用来排序
- set 默认使用的仿函数为 less，所以 set 中的元素默认按照小于来比较
- 由于 set 底层是平衡树搜索树，所以 set 中查找某个元素，时间复杂度为 O(logN)
- set 中的元素不允许修改，因为这可能破坏搜索树的结构
- set 中的底层使用平衡二叉搜索树 (红黑树) 来实现
set 文档：set - C++ Reference (cplusplus.com)
2.1默认构造、迭代器区间构造、拷贝构造（深拷贝）
void test_set()
{
int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
set<int> s;//默认构造
set<int> s1(arr, arr + 5);//区间构造
set<int> s2(s1);//拷贝构造
for (auto e : s1) cout << e << " "; cout << endl;
for (auto e : s2) cout << e << " "; cout << endl;
}
2.2set的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| iterator begin()/end() | 返回set中起始位置元素的迭代器返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
| const_iterator cbegin() cend() const | 返回set中起始位置元素的const迭代器返回set中最后一个元素后面的const迭代器 |
| reverse_iterator rbegin() rend() | 返回set第一个元素的反向迭代器，即end，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() ，crend() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend，返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器， 即crbegin |
我们简单来看一看代码：
void test_set1()
{
//输入121345
set<int> s;
s.insert(1);
s.insert(2);
s.insert(1);
s.insert(3);
s.insert(4);
s.insert(5);
//排序+去重
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
2.3set的插入与删除
1.insert（有时候插入会直接改变树的结构）
使用起来一定要小心，这个是set不是map，只插入一个值就可以了！
2.find&&erase
为什么这个库自己写find？？别忘了上面讲的算法复杂度，正常的查找都是暴力O（N），set可是妥妥的O（logN）效率相差很大！
在这里erase有一个小细节我想聊聊：
erase的第一个函数是迭代器参数+find函数就可以实现第二个重载的样子
erase的第二个函数有一个小“漏洞”：即使没有这个值，删除也不会报错
（但是我们可以通过接收返回值来判断是否成功删除，这也就是我为什么说：第二个erase有find的能力）
为此，我还去找了vector的erase，毕竟之前想要精确的删除一个值都得加find，而这里有一个独立的直接可以删除值的函数，岂不美哉？！
果然，vector的erase返回值并没有size_t这个类型的，毕竟别的序列化容器的find可没有这么优秀的find接口，怎敢被随便调用？
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;
s.insert(1);
s.insert(2);
s.insert(3);
for(auto it:s)
{
cout << it << " ";
}cout << endl;
s.erase(4);
for(auto it:s)
{
cout << it << " ";
}cout << endl;
cout << s.erase(4);
return 0;
}
接下来我们来看erase的第一个构造的用法：
void test_set3()
{
set<int> s;
s.insert(1);
s.insert(2);
s.insert(3);
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}cout << endl;//1 2 3
auto pos = s.find(3);//谁用后面这个函数我笑话谁：auto pos = find(s.begin(), s.end(), 3);
if (pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}
for (auto e : s) cout << e << " ";
cout << endl;//1 2
}
3.count：返回个数，可以判断一个值是否存在
是不是感觉和erase的第二个感觉效果挺像的，只不过不删除数据捏，这个接口和find类似，那么是不是冗余接口捏？？
count不是为此设计的！是为了和
multiset容器保持接口的一致性。
三、multiset
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)
上面说了这么多的内容，其实就是与set的区别是👉：multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
void test_multiset()
{
int arr[] = {1,2,3,1,1,6,8};
multiset<int> s(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));
for (auto& e : s)
{
cout << e << " ";
} cout << endl;
}
另外，如果有多个值相同，find返回的值是中序的第一个：
void multiset_test2()
{
// 用数组array中的元素构造multiset
int array[] = {1,2,3,3,3,5,1,2,3,4,3};
multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
//如果查找的key在multiset中有多个，则返回中序遍历中遇到的第一个节点的迭代器
multiset<int>::iterator pos = s.find(3);
while (pos != s.end()) {
cout << *pos << " ";
++pos;
} cout << endl;
// 查找+删除
//输出key为3的节点的个数
cout << s.count(3) << endl;//节点3个数
pos = s.find(3);
if (pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}
cout << s.count(3) << endl;//节点3个数
}
四、map（知识点多）
- 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 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))
4.1map的模板参数
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
4.2map的构造
这一块是用范围for最得注意的一部分，由于其数据的庞大性，所以我们的**auto后面常常需要增加引用**，如果输出的话，加上const更好
void test_map()
{
map<int, int> m;
int arr[] = { 1,1,1,2,3,4,5,6 };
for (auto& e : arr)//引用记得加上
{
m.insert(make_pair(e, e));
//m.insert(pair<int,int>(e,e));
}
map<int, int>m1(m.begin(), m.end());//迭代器区间构造
for(const auto& e : m1)
{
cout << e.first<<":"<<e.second << " ";
}cout << endl;
map<int, int> m2(m1);//拷贝构造
for (const auto& e : m2)
{
cout << e.first << ":" << e.second << " ";
}cout << endl;
}
4.3map的修改（[]的完整用法是最难理解的）
1.insert插入（make_pair(x,y)别忘了写）
void test_map1()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(pair<string, string>("排序", "sort"));
dict.insert(pair<string, string>("左边", "left"));
dict.insert(pair<string, string>("右边","right"));
//make_pair()
dict.insert(make_pair("字符串", "string"));
//输出查看结果
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first<<":"<<it->second << endl;//访问元素这么访问，一定要注意了
++it;
}cout << endl;
}
make_pair:函数模板，不需要像pair一样显示声明类型，而是通过传参自动推导,相比于typedef更好用一些
2.引入[]之统计次数
统计不同水果出现的个数
第一种方法：迭代器
void test_map_total()
{
//统计水果出现的次数
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "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)
{
map<string, int>:: iterator it = countMap.find(e);
if (it == countMap.end())//如果没找到，就插入
{
countMap.insert(make_pair(e, 1));
}
else
{
it->second++;//如果找到了，就给这个水果次数+1
}
}
map<string, int>::iterator it=countMap.begin();
while(it!=countMap.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}cout << endl;
}
第二种方法：map[]的使用：
void test_map_total2()
{//统计水果出现的次数
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓", "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)
{
countMap[e]++;//如果找不到就插入，找到就给第二个值++
}
for (const auto& kv : countMap)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
}
map的[]支持随机访问这个可以理解，但是为什么++就可以实现我们的任务呢？？
3.详解[]的使用以及底层原理
[]的三个功能
- 插入（本质上operator中用了insert函数）
- 修改（本质是返回值是对象的second的引用）
- 查找（本质上是insert的第二个pair参数）
一句话解释清楚：给一个key，可以查找在不在，如果不在则可以插入，在的话either可以查找or可以进行修改value
代码解释：
void test_insert_change_find()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("上", "up"));
dict.insert(make_pair("下", "down"));
dict.insert(make_pair("左", "left"));
dict.insert(make_pair("右", "right"));
//插入（前提是key不在）
dict["迭代器"];
//修改
dict["迭代器"]= "iterator";
//查找（前提是得key在，key要是不在可就成了插入了）
cout << dict["上"] << endl; cout << endl;cout << endl;
cout << "输出map中的值" << endl;
map<string, string>::iterator it=dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first<<":"<<it->second << endl;
++it;//老忘了写
}
cout << endl;
}
map在输出的时候，好像里面的key值也是从小到大排序的
注意：[]用的时候要小心，不在的话会偷偷给你插入
[]的底层原理
operator[]函数原型如下：
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
//mapped_type: pair中第二个参数，即second
//key_type: pair中第一个参数，即first
operator[]函数定义如下：
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
(*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second;
}
拆分operator[]函数定义：（这个是核心）
V& operator[] (const K& k)//返回值是引用，所以外面可以修改eg:m[i]++
{
pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, V()));//make_pair里面是匿名对象
//return *(ret.first)->second;
return ret.first->second;
}
insert函数定义如下：
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val)
{
//可以看到，insert的返回值是pair，pair的第一个参数是迭代器
//bool：插入成功.....1，插入失败.....0
}
insert函数的返回值：（因为operator[]函数中的ret参数接受insert返回值）
用我“高超”的英语功底翻译之后，我们可得知：
- 若 key 相等：返回 key 位置迭代器+false
- 若 key 不相等：返回 key 新插入位置迭代器+true
接着我们目光转移到拆分的[]函数当中：
operator[] 会取出 pair 中的迭代器 (也就是ret.first)，然后对迭代器进行解引用得到一个 pair<k, v> 对象（但是这里编译器进行优化了，这个*不写也是可以的），最后再返回 pair 对象中的 second 的引用，即 key 对应的 value 的引用；所以我们可以在函数外部直接修改 key 对应的 value 的值（如果不返回引用的话，那么一定是不可能++就改变值大小的）
map[]的总结
4.4综合题之map利用字符串流统计出现次数
//一个经典的期末考试题目
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
#include<sstream>
using namespace std;
int main()
{
string s="1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 1 2 3 4 5 6 4 2 3 4";
//注意，这里一定是得有空格的,为了和之后的string stream对应
map<int,int>m;
stringstream is(s);//把字符串构造了is字符串流类对象
while(is.eof()!=true) //如果到了文件尾部 则自动返回true 如果没到 则返回false
{
int num;
//num << is;
is >> num ;//is的值流向num 此时num有1 因为后面有空格 无法接收更多的值
m[num]++;//小心 不是m[num++];!!!!!!!
//经典的统计数字的方法 如果没有就插入 如果有就将第二个值++ 而且还可以返回第二个值的大小
//V& operator(const key& k)
}
cout << m[2] << endl;
//(*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second 返回的是数字2的统计次数
return 0;
}
五、multimap
和 set 与 multiset 的关系一样，multimap 存在的意义是允许 map 中存在 key 值相同的节点，multimap 与map 的区别和 multiset 与 set 的区别一样 – find 返回中序遍历中遇到的第一个节点的迭代器，count 返回和 key 值相等的节点的个数：
需要注意的是，multimap 中并没有重载 [] 运算符，因为 multimap 中的元素是可以重复的，如果使用 [] 运算符，会导致多个元素的 key 值相同，无法确定具体访问哪一个元素
六、leetcode真题
6.1set之俩个数组的交集
两个数组的交集（双指针，而且出现一大一小，必须是小元素先++；出现相同就一起++）
给定两个数组 nums1 和 nums2 ，返回 它们的交集 。输出结果中的每个元素一定是 唯一 的。我们可以 不考虑输出结果的顺序。
利用set的排序+去重特性，然后去进行比对，找出两个数组之间的交集：
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
//排序＋去重
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
//比对算法逻辑
auto it1 = s1.begin();
auto it2 = s2.begin();
vector<int> ret;
while(it1!=s1.end()&&it2!=s2.end())
{
if(*it1==*it2)
{
ret.push_back(*it1);
it1++;
it2++;
}
else if(*it1>*it2)
{
it2++;
}
else
{
it1++;
}
}
return ret;
}
};
6.2map之前K个高频单词
前K个高频单词（与sort的稳定性以及pair的大小比较规则有关，较难）
给定一个单词列表 words 和一个整数 k ，返回前 k 个出现次数最多的单词。
返回的答案应该按单词出现频率由高到低排序。如果不同的单词有相同出现频率， 按字典顺序 排序。
class Solution {
public:
class greater
{
public:
bool operator()(const pair<string,int>&l,const pair<string,int>& r)
{
return l.second>r.second||(l.second==r.second&&l.first<r.first);
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
unordered_map<string,int> countMap;
for(auto&e:words) countMap[e]++;
priority_queue<pair<string,int>,vector<pair<string,int>>,greater> pq;
for(auto it = countMap.begin();it!=countMap.end();it++)
{
pq.push(*it);
if(pq.size()>k)
pq.pop();
}
vector<string> ret;
ret.resize(k);
for(int i = k-1;i>=0;i--)
{
ret[i] = pq.top().first;
pq.pop();
}
return ret;
}
};
希望给大家带来帮助！！！
