一、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
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
。
二、键值对
键值对可这个是一个很重要的数据结构,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
。通俗来说: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。
SGI-STL中关于键值对的定义,代码如下:
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)
{}
};
三、树形结构的关联式容器
首先我们要知道,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。想要了解红黑树的可以自行去搜索,或者我以后也会写一篇关于红黑树的文章届时有缘再见。
set
关于set我们要知道:
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:
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。
如何使用set:
1.
set
的模板参数列表
下面挣这张图片是C++标准委员会给出的,我们来欣赏一下
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
3. set的迭代器
4. set的容量
5. set修改操作
set的使用代码(其接口确实太多了,大家要学会触类旁通,我们仅介绍set的最核心部分):
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
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(int));
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;
}
int main()
{
TestSet();
return 0;
}
map
map
的介绍
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 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
))
map
的使用
同set一样我们先来看一下他的接口
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。
2.
map
的构造
3.
map
的迭代器
4.
map
的容量与元素访问
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
上代码观看一下:
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
#include <string>
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; // 遍历键值对
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;
}
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6. 支持 [] 操作符, operator[] 中实际进行插入查找。
multiset
multiset的介绍
1. 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。
2. 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。
3.
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。
4. 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。
5. multiset
底层结构为二叉搜索树
(
红黑树
)
。
注意:
1. multiset
中再底层中存储的是
<value, value>
的键值对
2. mtltiset
的插入接口中只需要插入即可
3.
与
set
的区别是,
multiset
中的元素可以重复,
set
是中
value
是唯一的
4.
使用迭代器对
multiset
中的元素进行遍历,可以得到有序的序列
5. multiset
中的元素不能修改
6. 在multiset中找某个元素,时间复杂度为O(log2 N)
7. 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,其他接口接口与
set
相同,大家们可参考
set
。
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
void TestSet()
{
int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };
// 注意:multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
// 自己会排序 如何呢
for (auto& e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
int main()
{
TestSet();
return 0;
}
multimap
multimap
的介绍
1. Multimaps
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。
2.
在
multimap
中,通常按照
key
排序和惟一地标识元素,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;
3.
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。
4. 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。
5. 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
。
multimap的使用
multimap
中的接口可以参考
map
,功能都是类似的。
注意:
1. multimap
中的
key
是可以重复的。
2. multimap
中的元素默认将
key
按照小于来比较
3. multimap
中没有重载
operator[]操作,
std::multimap
与
std::map
的一个主要区别在于它允许多个元素拥有相同的键。如果
multimap
重载了
operator[]
,那么在存在多个相同键的情况下,此操作符将无法明确地指定应该返回哪一个元素的引用。
4.
使用时与
map
包含的头文件相同
在
OJ
中的使用
692. 前K个高频单词 - 力扣(LeetCode)
题解
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
using namespace std;
class Solution {
public:
class Compare
{
public:
// 在set中进行排序时的比较规则
bool operator() (const pair<string, int>& left, const pair<string, int>& right)
{
return left.second > right.second;
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
// 用<单词,单词出现次数>构建键值对,然后将vector中的单词放进去,
// 统计每个单词出现的次数
map<string, int> m;
for (size_t i = 0; i < words.size(); ++i)
++(m[words[i]]);
// 将单词按照其出现次数进行排序,出现相同次数的单词集中在一块
multiset<pair<string, int>, Compare> ms(m.begin(), m.end());
set<string> s;
size_t count = 0; // 统计相同次数单词的个数
size_t leftCount = k;
vector<string> ret;
for (auto& e : ms)
{
if (!s.empty())
{
// 相同次数的单词已经全部放到set中
if (count != e.second)
{
if (s.size() < leftCount)
{
ret.insert(ret.end(), s.begin(), s.end());
leftCount -= s.size();
s.clear();
}
else
{
break;
}
}
}
count = e.second;
s.insert(e.first);
}
for (auto& e : s)
{
if (0 == leftCount)
break;
ret.push_back(e);
leftCount--;
}
return ret;
}
};
四、底层结构
该底层结构对
于初学C++的人士还是十分的又困难的,博主准备专门写一篇blog来 记录这篇文章,毕竟他们的底层,二叉搜索树,平衡二叉搜索树,红黑树,非常喜欢在面试中被提出来的,所以值得以一篇新的blog记录他们!更新好后我会把他们的链接放在下面这里。