【C++】map和set深度讲解

news2025/3/16 9:15:50

> 作者简介:დ旧言~,目前大二,现在学习Java,c,c++,Python等
> 座右铭:松树千年终是朽,槿花一日自为荣。

> 目标:熟练掌握map和set容器。

> 毒鸡汤:得知坦然,失之淡然,争之必然,顺其自然。

> 望小伙伴们点赞👍收藏✨加关注哟💕💕 

🌟前言  

早期我们学习了顺序容器(vector,list...),像这块容器中的元素都是按照顺序存储的,学习起来相对来说比较轻松,这个轻松是相对的,在C++STL中我们还有一种容器为关联式容器,这种容器在底层的实现及其复杂,但是使用起来相对容易,也是苦了我们编译器。关联式容器比较有代表性的就是map和set,那它们又是使用呢,又有什么优点呢?带上这些问题进入今天的学习。

⭐主体

学习多态咱们按照下面的图解:

🌙关联式容器

容器分类:

  1. 序列式容器: 底层为线性序列的数据结构,里面存储的是元素本身,包含vector、list、deque、forward_list(C++11)等。
  2. 关联式容器: 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,包含set、map、unordered_set、unordered_map等。

注意: stack、queue和priority_queue属于容器适配器

关联式容器:

关联式容器
关联式容器容器结构底层实现
set,map,multiset,multimap树形结构红黑树
unordered_set,unordered_map,unordered_multiset,unordered_multimap哈希结构哈希表,哈希桶

🌙键值对

概念分析:

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。

应用场景:

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。

代码分析:

template <class T1, class T2>
struct pair
{
    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)
    {}
};

🌙C++的set

💫set的介绍

概念:

  • set是按照一定次序存储元素的容器。
  • 在set中,元素的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:logN

💫set的使用

1.set的模板参数列表


分析:

  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

2.set的构造函数


举个栗子:

int main()
{
	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;
}

运行结果:

3.set中迭代器相关函数

举个栗子:

int main()
{
	set<int> s;
	//插入元素
	s.insert(1);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	//遍历容器(正向迭代器)
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	//反向迭代器
	set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;
}

运行结果:

4.set中常用的成员函数

举个栗子:

int main()
{
	set<int> s;
	//插入元素(自动去重)
	s.insert(1);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	//遍历容器
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//查找元素
	set<int>::iterator pos = s.find(3);
	//删除元素
	s.erase(pos);// 删除元素3
	s.erase(4);
	//容器大小
	cout << s.size() << endl;
	//清空容器
	s.clear();
	//容器判空
	cout << s.empty() << endl;
	//交换两个容器的数据
	set<int> tmp{ 10, 20, 30, 40 };
	s.swap(tmp);
	//容器中值为2的元素个数
	cout << s.count(2) << endl;

	cout << endl;
}

运行结果:

🌙C++的multiset

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

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

举个栗子:

int main()
{
	set<int> s; // 不会去重
	s.insert(1);
	s.insert(3);
	s.insert(4);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	cout << "set 结果 :";
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	multiset<int> ms; // 会去重
	ms.insert(1);
	ms.insert(3);
	ms.insert(4);
	ms.insert(2);
	ms.insert(2);
	cout << "multiset 结果 :";
	for (auto e : ms)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行结果:

🌙C++的map

💫map的介绍

概念:

  • 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;
  • 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
  • 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(这里是在insert上的一个封装)
  • 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)

注意:

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

💫map的使用

分析:

  • 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
1.map构造函数


举个栗子:

int main()
{
	map<int, double> m1; //构造一个key为int类型,value为double类型的空容器
	
	map<int, double> m2(m1); //拷贝构造
	
	map<int, double> m3(m2.begin(), m2.end()); //利用迭代器拷贝构造
	
	map<int, double, greater<int>> m4; //按int降序排序
	
	return 0;
}
2.map的迭代器


举个栗子:

int main()
{
	map<int, string> m;
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	
	// 正向迭代器遍历
	map<int, string>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << it->first << "-" << it->second << endl;
		it++;
	}
	cout << endl;
	
	// 反向迭代器遍历
	map<int, string>::reverse_iterator it2 = m.rbegin();
	while (it2 != m.rend())
	{
		cout << it2->first << "-" << it2->second << endl;
		it2++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果:

3.map其他常用成员函数


举个栗子:

int main()
{
	map<int, string> m;
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	m.insert(make_pair(4, "four"));
	
	//根据key值进行删除
	m.erase(3);
	
	//根据迭代器进行删除
	map<int, string>::iterator pos = m.find(4);
	if (pos != m.end())
	{
		m.erase(pos);
	}
	
	// 获取元素为2的迭代器
	pos = m.find(2);
	if (pos != m.end())
	{
		cout << pos->first << "-" << pos->second << endl;
	}
	
	//获取容器中元素的个数
	cout << m.size() << endl;
	
	//容器中key值为2的元素个数
	cout << m.count(2) << endl;
	
	//清空容器
	m.clear();
	
	//容器判空
	cout << m.empty() << endl;
	
	//交换两个容器中的数据
	map<int, string> tmp;
	m.swap(tmp);

	return 0;
}

运行结果:

4.map的插入(重点)

原型模板:

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

//value_type是pair的重命名value_type是pair的重命名:

typedef pair<const Key, T> value_type;

方式一:构造匿名对象插入

举个栗子:

int main()
{
	map<int, string> m;
	// 构造一个匿名对象插入
	m.insert(pair<int, string>(2, "two"));
	m.insert(pair<int, string>(1, "one"));
	m.insert(pair<int, string>(3, "three"));
	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果:

方式二:调用make_pair函数模板

举个栗子:

int main()
{
	map<int, string> m;
	// 构造一个匿名对象插入
	m.insert(make_pair(2, "two"));
	m.insert(make_pair(1, "one"));
	m.insert(make_pair(3, "three"));
	for (auto e : m)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果:

注意事项:

  • 若待插入元素的键值key在map当中不存在,则insert函数插入成功,并返回插入后元素的迭代器和true。
  • 若待插入元素的键值key在map当中已经存在,则insert函数插入失败,并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

🌙C++的multiset

介绍:

multimap容器和map容器的区别与multiset容器和set容器的区别一样,multimap允许键值冗余,即multimap容器当中存储的元素是可以重复的。

举个栗子:

int main()
{
	multimap<int, string> mt;
	//插入元素(允许重复)
	mt.insert(make_pair(2, "two"));
	mt.insert(make_pair(2, "two"));
	mt.insert(make_pair(1, "one"));
	mt.insert(make_pair(3, "three"));
	for (auto e : mt)
	{
		cout << e.first << "-" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果:

🌟结束语

       今天内容就到这里啦,时间过得很快,大家沉下心来好好学习,会有一定的收获的,大家多多坚持,嘻嘻,成功路上注定孤独,因为坚持的人不多。那请大家举起自己的小手给博主一键三连,有你们的支持是我最大的动力💞💞💞,回见。

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