C++进阶篇章：set与map（pair , multiset , multimap）

news2024/11/15 13:24:49

目录

1.关联式容器与序列式容器

2.pair（键值对）

3.set

构造函数

find函数

count函数：

insert函数

4.multiset

5.map

insert函数

operator[]

1.关联式容器与序列式容器

C++中关联式容器与序列式容器是两种不同的容器

   1.关联式容器

关联式容器:

  1. 关联式容器主要包括 std::set, std::map, std::multiset, std::multimap 等。
  2. 这些容器是基于键值对(<key, value>结构)的概念，通过键==（key）来唯一标识元素==。
  3. 关联式容器内部使用二叉搜索树（通常是红黑树）或类似的数据结构，以保持元素的有序性。
  4. 插入、删除、查找等操作的平均时间复杂度是 O(log n)。

序列式容器:

  1. 序列式容器包括 std::vector, std::list, std::deque, std::array 等。
  2. 这些容器是基于线性结构的，元素在容器中的位置是由插入的顺序决定的。
  3. 插入、删除、查找等操作的平均时间复杂度因容器类型而异，但在最差情况下，可能达到 O(n)。

2.pair（键值对）

C++中有一种数据结构，他能将两种不同的数据类型给强制的绑定，形成相连关系

定义：pair包含在<utility> 的头文件中 ，其中pair中有两个成员变量 ， 一个是first , 另一个就是second 

STL库中pair的定义（没有具体实现swap,make_pair等函数）

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	
	T1 first;
	T2 second;

	pair(T1 a = T1() , T2 b = T2() ) //构造函数
	: first(a), second(b)
	{}

	pair(const T1& a, const T2& b) //拷贝构造
	: first(a), second(b)
	{}
};

pair的构造函数

1.构造函数

具体代码实现请看上面

实例：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    pair<int, int> t(1, 1);
    pair<int, int> k;
    cout << t.first << " " << t.second << endl;
    cout << k.first << " " << k.second << endl;
    return 0;
}

2.拷贝构造函数

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    pair<int, int> t(1, 1);// 构造函数
    pair<int, int> k = t;// 拷贝构造函数
    pair<int, int> s(t);// 拷贝构造函数
    cout << t.first << " " << t.second << endl;
    cout << k.first << " " << k.second << endl;
    cout << s.first << " " << s.second << endl;
    return 0;
}

3.make_pair函数（函数模版）

传入key , value 生成 pair , 并返回pair

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    pair<string, string> t = { "abc" , "def" };
    t = make_pair<string,string>("afad", "fasd");
    cout << t.first << " " << t.second << endl;
    return 0;
}

3.set

  1. set是按照某一次序存储元素的
  2. set是key值模型，但也存在value（并且value = key ），set中key（value）值不能修改
  3. 底层使用红黑树实现的

构造函数

1.迭代器区间构造

2.拷贝构造

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<set>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    vector<string> ret = { "a" , "b" , "c" };
    set<string>  ans(ret.begin(), ret.end());
    set<string> k = ans;
    for (auto& e : ans)
        cout << e << endl;

    return 0;
}

find函数

给定一个key，如果set中存在，返回该节点的迭代器，不存在，返回set.end()

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<set>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    vector<string> ret = { "a" , "b" , "c" };
    set<string>  ans(ret.begin(), ret.end());
    auto it = ans.find("a");
    if (it != ans.end())
        cout << *it << endl;
    else
        cout << "不存在" << endl;
    return 0;
}

count函数：

给定一个key值 ，如果set中存在，返回1 ， 不存在，返回0（与find函数相似）

int main()
{
    vector<string> ret = { "a" , "b" , "c" };
    set<string>  ans(ret.begin(), ret.end());
    int i = ans.count("a");
    if (i)cout << i << endl;
    else cout << i << endl;
    return 0;
}

insert函数


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

插入元素到 set 中。


如果插入成功，返回一个迭代器指向插入的位置和 true。


如果元素已经存在，返回一个迭代器指向已存在的元素和 false。


返回一个 pair 对象，包含插入的迭代器和插入是否成功的标志。

int main()
{
    vector<string> ret = { "a" , "b" , "c" };
    set<string>  ans(ret.begin(), ret.end());
    ans.insert({ "d" });
    return 0;
}

  1. 删除一个迭代器所指向的节点
  2. 删除某一特定的值
  3. 删除某一迭代区间（左闭右开）
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<set>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    set<string> ret = { {"ab"} , {"cd"} , {"ef"} };
    ret.erase("ab");// 删除某一特定的值
    for (auto& e : ret)
        cout << e << endl;
    cout << endl;
    ret.insert({ "ab" });
    ret.erase(ret.begin());// 删除某一迭代器
    for (auto& e : ret)
        cout << e << endl;
    cout << endl;
    ret.insert({ "ab" });
    ret.insert({ "tt" });
    auto it = ret.find("tt");
    ret.erase(ret.begin(), it);
    for (auto& e : ret)
        cout << e << endl;
    return 0;
}

4.multiset

  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 ( l o g 2 N ) 
  7. multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset 是 C++ 标准库中的关联式容器之一，属于有序容器。与 set 不同的是，multiset 允许键值重复，即可以包含相同键值的多个元素。

允许重复键值： multiset 允许容器中存在相同的键值，因此可以包含多个相同键值的元素。

有序性： 与 set 类似，multiset 也维护元素的有序性，根据键值进行排序。

当需要允许键值重复，并且希望保持元素有序时，可以选择使用 multiset。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
#include<set>
#include<queue>
#include<utility>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> k = { 2,1,5,6,7,3,1,1,1,90 };
    multiset<int> ret(k.begin(), k.end());
    for (auto& e : ret)cout << e << " ";
    cout << endl;
    return 0;
}

5.map

  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:
  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))。

5.1map 模板参数说明

  1. key: 键值对中key的类型
  2. T： 键值对中value的类型
  3. 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)
  4. 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

构造函数

1.迭代器区间构造

2.拷贝构造

insert函数

void test()
{
    map<int,int> ret;
    ret.insert({1,1});
    ret.insert(make_pair(1,1));
    auto tmp = make_pair(1,1);
    ret.insert(tmp);
}

operator[]

返回的是关于value的引用

1.读取元素：当使用 [] 运算符时

  • 如果指定的键存在于 map 中，则返回与该键关联的值
  • 如果不存在，则会插入一个新的键值对，键为指定的键，值为默认构造的对应值类型的默认值，并返回该默认值的引用

2.插入元素：当使用 [] 运算符向 map 中插入元素时

  • 如果指定的键不存在，则会创建一个新的键值对，键为指定的键，值为指定的值，并返回该值的引用
  • 如果键已经存在，则直接返回对应的值的引用。
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
    map<int, int> ret;
    vector<int> ans = { 1, 2, 3, 4, 5,6 ,6,7, };
    for (auto& e : ans)
    {
        ret[e]++;// 插入pair
    }
    for (auto& e : ret)
    {
        cout << e.first << " " << e.second << endl;
    }
    ret[1] = 10; // 修改pair
    return 0;
}

erase

第一种：删除 key 为某一个值的pair

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
    map<int, int> ret;
    vector<int> ans = { 1, 2, 3, 4, 5,6 ,6,7, };
    for (auto& e : ans)
    {
        ret[e]++;
    }
    for (auto& e : ret)
    {
        cout << e.first << " " << e.second << endl;
    }
    ret.erase(1);
    cout << endl;
    for (auto& e : ret)
    {
        cout << e.first << " " << e.second << endl;
    }
    return 0;
}

第二种：删除某一迭代区间（左闭右开）


#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
    map<int, int> ret;
    vector<int> ans = { 1, 2, 3, 4, 5,6 ,6,7, };
    for (auto& e : ans)
    {
        ret[e]++;
    }
    for (auto& e : ret)
    {
        cout << e.first << " " << e.second << endl;
    }
    auto p1 = ret.find(3);
    auto p2 = ret.find(6);
    cout << endl;
    ret.erase(p1, p2);
    for (auto& e : ret)
    {
        cout << e.first << " " << e.second << endl;
    }
    return 0;
}

6.multimap

multimap的基本性质

  • multimap容器是和map容器相似的关联式容器，所谓“相似”，是指multimap容器具有和map容器相同的特性，即multimap容器也存储pair<const K, T>类型的键值对（其中K表示键的类型，T表示值的类型），其中各个键值对的键的值不能被修改；并且，该容器也会自行根据键的大小对所存储的所有键值对做排序操作。
  • multimap容器和map容器的区别在于，multimap容器中可以同时存储多个键相同的键值对。
  • multimap容器提供的成员方法，map容器都有提供，并且它们的用法是相同的。详细的用法请参照map的用法及实例详解。本文只是给出了所有在multimap中的成员函数及其实现功能，具体的实例及代码请参照map容器。
  • 实现multimap容器的类模板也定义在<map>头文件，并位于std命名空间中，故使用multimap容器前，应该引入头文件：#include<map>

构造函数

创建空的multimap

multimap<int,int> ret;

创建multimap并初始化（注意用{}）

multimap<int, int> ret{ { 1,1 }, { 2,3 }, { 5,6 } };

拷贝构造

multimap<int,int> ans(ret);

迭代区间构造


#include<iostream>
#include<map>
#include<climits>
using namespace std;
int main()
{

    multimap<int, int> ret{ { 1,1 }, { 2,3 }, { 5,6 } };
    multimap<int, int> ans(++ret.begin(),ret.end());
    for (auto& e : ans)cout << e.first << " " << e.second << endl;
 
    return 0;
}

常见成员函数和使用方法：

注意multimap并没有重载operator[]

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