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set类介绍与简单使用

set类

multiset类

map类介绍与简单使用

map类

multimap类

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set类介绍与简单使用

set类是一种关联式容器，在数据检索时比序列式容器效率更高。本质是一个常规的二叉搜索树，但是为了防止出现单支树导致效率下降进行了相关优化

set类也满足二叉搜索树的特点：

1. 元素不重复：因此可以用来去重

2. 默认中序遍历是升序

3. 比较的平均次数为

4. set中的元素不可以修改

5. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

6. 默认按照key升序排序

set类

使用set类需要包含头文件<set>

set官方文档

简单使用实例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
     set<int> s;
     // 使用数组构造set，去重+排序
     int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
     for (auto e : array)
     {
         // 插入数据
         s.insert(e);
     }
 ​
     // 使用正向迭代器遍历set
     set<int>::iterator it = s.begin();
     while (it != s.end())
     {
         cout << *it << " ";
         ++it;
     }
     cout << endl;
     // 使用反向迭代器遍历set
     set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
     while (rit != s.rend())
     {
         cout << *rit << " ";
         ++rit;
     }
 ​
     cout << endl;
 ​
     // 计数
     // set会去重，所以每一种数字只会出现1次
     cout << s.count(3) << endl;
 ​
     // 查找+删除
     s.erase(s.find(3));
     // 范围for遍历
     for (auto e : s)
     {
         cout << e << " ";
     }
     return 0;
 }

需要注意的两个函数lower_bound()和upper_bound()，这两个函数放在一起的作用是获取到当前中序遍历的[lower_bound, upper_bound]区间

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
     set<int> s;
     // 使用数组构造set，去重+排序
     int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
     for (auto e : array)
     {
         // 插入数据
         s.insert(e);
     }
     
     // lower_bound与upper_bound
     set<int>::iterator it = s.lower_bound(3);
     while (it != s.upper_bound(8))
     {
         cout << *it << " ";
         ++it;
     }
     return 0;
 }
 输出结果：
 3 4 5 6 7 8

首先解释lower_bound(3)的意思，在这个函数中，lower_bound()会取到第一个大于或者等于3的数值，返回其位置的迭代器，所以lower_bound(3)返回的是3所在位置的迭代器，接着upper_bound(8)，对于upper_bound(8)会返回除8以外的比8大的数值位置的迭代器，也就是第一个大于8的数值位置的迭代器，所以上面的程序结果最后会输出8是因为取出了[3, 8]中的所有位于set容器中的值

multiset类

multiset类与set类不同的是，multiset类允许数据出现重复

multiset类官方文档

简单使用实例：

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
     // 使用数组构造multiset，排序
     int array1[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
     multiset<int> ms;
     for (auto num : array1)
     {
         ms.insert(num);
     }
 ​
     // 范围for遍历
     for (auto num : ms)
     {
         cout << num << " ";
     }
     cout << endl;
 ​
     // 统计3的次数
     cout << ms.count(3) << endl;
 ​
     // lower_bound和upper_bound
     // 在multiset中会打印[第一个4, 最后一个4]中的所有4
     multiset<int>::iterator it = ms.lower_bound(4); 
     while (it != ms.upper_bound(4))
     {
         cout << *it << " ";
         ++it;
     }
     return 0;
 }

需要注意erase()函数在multiset中的两个用法有些许不同：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <set>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
     int array2[] = { 1, 3, 5, 3, 3, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 3, 7, 9, 2, 4, 6, 3, 0 };
     multiset<int> ms1;
     for (auto num : array2)
     {
         ms1.insert(num);
     }
 ​
     for (auto num : ms1)
     {
         cout << num << " ";
     }
     cout << endl;
     // 使用find查找后删除
     ms1.erase(ms1.find(3));
     for (auto num : ms1)
     {
         cout << num << " ";
     }
     cout << endl;
     // 直接删除
     ms1.erase(3);
     for (auto num : ms1)
     {
         cout << num << " ";
     }
 ​
     return 0;
 }
 ​
 输出结果：
 0 0 1 1 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 8 9
 0 0 1 1 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 6 6 7 8 9
 0 0 1 1 2 2 4 4 5 6 6 7 8 9

如果multiset中指定数值有重复，multiset类中find()函数会找到左子树第一个值为指定值（不存在则返回其他与指定值相同的节点）的位置，返回该位置的迭代器，所以此时调用erase()函数，将find()返回的迭代器传给erase()函数，删除的就是左子树的第一个值，而如果直接调用erase()函数，传入指定值，则一次性全部删除

map类介绍与简单使用

与set类不同的是，map类是KV模型的平衡二叉树（红黑树），因为是Key_Value模型，所以map类总是以key进行排序，map也是用来存储数据的，与序列式容器（forward_list）不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对（pair）

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。下面是SGI版本的键值对定义：

 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) {}
 ​
    template <class U1, class U2>
    pair(const pair<U1, U2>& p) : first(p.first), second(p.second) {}
 };

map类的特点：

1. 因为底层还是类似于二叉搜索树，但是进行了优化，所以效率为

2. map类中的key值无法被修改，一旦插入了就没有再次修改的机会

3. map类支持下标访问

4. map类按照key升序排序

map类

map官方文档

简单使用实例：

map类没有直接添加key_value键值对的构造函数，所以需要使用其他方式进行内容添加

首先介绍map类中的insert()函数，与set类的insert()不同的是，map类需要使用pair对象作为参数传递给insert()函数，下面是insert()函数原型之一

 pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
 ​
 // 其中value_type为pair<const key_type, mapped_type>
 // key_type为第一个模版参数Key
 // mapped_type为第二个模版参数T

所以在插入数据时，首先需要一个pair对象，前面提供了pair结构的原型，其中有三种构造函数

1. 无参构造：first和second给类型初始值

2. 有参构造：给定first和second对应的值进行初始化

3. 拷贝构造：使用已经存在的pair对象构造

有了pair对象的构造，结合insert()函数就可以为map类添加对象，下面提供五种方式：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <map>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
     // map的五种构造方式
     
     // 1. 创建pair对象再通过insert()函数插入到map中
     pair<string, string> p1("字符串1", "字符串2");
     map<string, string> m1;
     m1.insert(p1);
 ​
     // 2. 匿名对象插入
     map<string, string> m2;
     m2.insert(pair<string, string>("字符串1", "字符串2"));
 ​
     // 3. 无explicit修饰下的隐式类型转换
     map<string, string> m3;
     m3.insert({ "字符串1", "字符串2" });
 ​
     // 4. make_pair函数
     map<string, string> m4;
     m4.insert(make_pair("字符串1", "字符串2"));
 ​
     // 5. initializer_list
     map<string, string> m5 = { {"字符串1", "字符串2"}, {"字符串3", "字符串4"} };
 ​
     return 0;
 }

上面代码中的第三种方式与下面的过程等价

 pair<string, string> p2 = { "字符串1", "字符串2" }; // 隐式类型转换
 m3.insert(p2);

以二叉搜索树中：统计水果出现的次数为例

#include <iostream>
 #include <map>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
 ​
     string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
     map<string, int> m;
     // 插入数据
     for (auto str : arr)
     {
         m.insert({str, 0});
     }
 ​
     // 迭代器遍历
     auto it = m.begin();
     while (it != m.end())
     {
         cout << (*it).first << "->" << it->second << endl;
         ++it;
     }
     cout << endl;
     
     // 查找+删除
     auto pos = m.find("苹果");
     m.erase(pos);
     auto it1 = m.begin();
     while (it1 != m.end())
     {
         cout << (*it1).first << "->" << it1->second << endl;
         ++it1;
     }
 ​
     return 0;
 }

需要注意map中的operator[]函数，如果想要实现在二叉搜索树中的计数，可以使用该函数

 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
 ​
 #include <iostream>
 #include <map>
 using namespace std;
 ​
 int main()
 {
 ​
     string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
     map<string, int> m;
     for (auto str : arr)
     {
         m[str]++;
     }
 ​
     auto it = m.begin();
     while (it != m.end())
     {
         cout << it->first << "->" << it->second << endl;
         ++it;
     }
 ​
     return 0;
 }

在map类中，operator[]函数的本质是通过[]中的key查找key对应的value值，如果key不存在就插入，将value设置为对应类型的默认值，如果key存在就返回value

这个函数的调用可以类比成下面的思路：

 (*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second

将其拆解为三部分：

1. (this->insert(make_pair(k,mapped_type())))

   该部分本质是调用了一个insert()函数，在map类中insert()函数返回pair<iterator, bool>，如果插入成功证明插入的键值对一开始不存在，返回插入后位置的迭代器，并将bool类型的变量设置为true表示插入成功；如果键值对一开始存在，返回存在的键值对位置的迭代器，并将bool类型的变量设置为false表示插入失败

2.  (*(pair<iterator, bool>.first))

   该部分本质是调用插入节点的迭代器访问该迭代器的first值，因为这个键值对中的iterator存储的成功插入或者已经存在于map中的键值对位置的迭代器，所以该迭代器指向的是一个实际的节点，即一个实际的键值对节点，解引用该节点就可以取到其中的内容

3.  (*iterator).second // iterator表示已经插入的节点或者原有节点位置的迭代器

   该部分就是取出迭代器指向的节点中的second的值

所以，在map类中operator[]可以用于下面的行为：

1. 不存在[]中的key，插入该key

2. 存在[]中的key，返回key对应的value

3. 存在[]中的key，修改key对应的value

multimap类

与map类基本相同，但是multimap类允许数据出现重复，并且multimap类不支持operator[]函数和at函数

multimap官方文档

基本使用与map类和multiset类似，不再做演示