【C++】map|set|原理使用|multiset|multimap|operator[]|

一，关联式容器

二，键值对

2.1为什么使用键值对

2.2make_pair()

三，STl关联容器

四，set

4.1模板参数

4.2默认构造

4.3使用

去重功能和自动排序

4.4增删查

insert

find

erase

五，multiset

count

erase

find

六，map

6.1默认构造

特性

6.2使用

insert

operator[]

示例

方法1

方法2

七，multimap

一，关联式容器

在STL中vector,list,stack,queue等都属于序列式容器，底层是线性结构，里面存储的是元素本身；
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，set 和 map 便是关联式容器

二，键值对

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；

key代表键值；
value表示与key对应的信息 pair - C++ Reference (cplusplus.com)

在 set 和 map 就使用了键值对，这个键值对名为 pair，它是一个 struct 定义的类模板，即可以在外部访问 pair里面的成员变量

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)
    {}
};

所以pair就是一个类模板，根据<>里的两个参数来实例化类，第一个参数表示key，第二个表示value。

pair的两个成员变量first表示key，second表示value。

2.1为什么使用键值对

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？

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。

2.2make_pair()

该函数是用来制作一个pair类型的匿名对象的:

make_pair - C++ Reference (cplusplus.com)

	map<string, string> dict;
	pair<string, string> kv1("sort", "排序");
	//三种插入
	
	dict.insert(kv1);		//有名
	dict.insert(pair<string,string>("left", "左边"));	//匿名
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));	//更快速的匿名

make_pair()是为了让我们更加方便的使用键值对。

三，STl关联容器

STL关联容器有两种结构：树形结构，哈希结构；
常见的树形结构关联容器有：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

四，set

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；

与map等容器不同，set存储的元素其实只有value，在底层是<value, value> ，
所以在插入元素时，只需要提供value即可，不需要构造键值对。使用set的迭代器进行遍历set时，会得到一个有序的序列。这是因为遍历的方式其实是二叉搜索树的中序遍历。
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。

4.1模板参数

class T：是 set 中存放元素的类型，实际在底层存储 <value, value> 的键值对；

class Compare = less<T>：compare是仿函数，set中元素默认按照小于来比较(less);

class Alloc = allocator<T>：控制set的空间管理方式，使用STL提供的空间管理配置器.

4.2默认构造

set::set - C++ Reference (cplusplus.com)

set提供了三种构造：默认空构造，迭代器区间构造和拷贝构造；

	set<int> s1;

	//迭代器区间构造
	s1 = { 1,2,3,4,5 };
	set<int> s2(s1.begin(),s1.end());

	//拷贝构造
	set<int> s3(s2);

4.3使用

去重功能和自动排序

set具有降重的功能，当插入的数据已经存在时就不会再插入
在打印set中的数据时，我们发现打印出来的结果是升序的，在二叉搜索树中，采用中序遍历的方式打印出来的结果就是升序的。

4.4增删查

insert

有三种插入方式，不建议用指定位置插入，有可能会破坏原二叉搜索结构

set::insert - C++ Reference (cplusplus.com)

find

查找容器中是否存在某个特定的元素

如果存在，返回该位置所在的迭代器；
如果不存在，则返回set的结束位置的迭代器end()。

count 函数与其类似，只不过返回的是1和0，返回的是数字

set::count - C++ Reference (cplusplus.com)

erase

删除指定位置的值；set::erase - C++ Reference (cplusplus.com)

注：

第二个重载函数，由于set中没有重复值，所以返回的值就是1。

使用迭代器位置删除时，先find找到位置，再erase;
使用指定数据的erase时，删除成功返回1，如果不存在则返回0。
使用迭代器区间的erase时，将区间内的数据全部删除。

五，multiset

成员函数和set一样，区别在于multiset支持数据重复，set不可以；

multiset - C++ Reference (cplusplus.com)

set：排序 + 降重
multiset：排序(不降重)

count

在set中count成员函数和find功能类似，但是在multiset中它就有了它的作用。

multiset::count - C++ Reference (cplusplus.com)

erase

multiset::erase - C++ Reference (cplusplus.com)

multiset中没有100，所以返回值就是0。

find

multiset容器中存在重复元素，使用查找find函数，返回的是中序遍历中第一个元素；

multiset::find - C++ Reference (cplusplus.com)

其它函数基本上set一模一样了

六，map

map和set一样，也是一个关联式容器，底层是二叉搜索树。

map - C++ Reference (cplusplus.com)

键值对映射：map中的元素是一对键值对(pair)，每一个key都有一个value对应。
自动排序：与set类似，map中的元素在插入的同时会进行排序，默认情况下是key小的排在前面。
唯一键：每个键在map中都是唯一的。
map查找的时间复杂度是O(logn).
迭代器支持：支持使用迭代器来遍历map中的元素。本质上是搜索二叉树的中序遍历。
底层是用二叉搜索树（红黑树）实现的。
可以使用[key]访问对应的value；(operator[])

6.1默认构造

使用默认构造函数创建的map是空的。
插入键对值时，使用make_pair创建匿名对象更加方便。

特性

map具有降重功能，和set一样。
不能插入相同的键值对，和set一样，map不支持重复数据。
不能插入key值相同，val值不同的键值对。
map中虽然存放的是键值对，但是它的判断逻辑都只看key值，也就是first所表示的变量。
map也具有排序 + 降重的功能，依据只看key值而不管value值。

6.2使用

insert

参数类型 value_type 是 pair<const key_type, mapped_type> 进行 typedef 得到的，也就是说参数是一个键值对，并使用引用传参
insert 第一个（框起来的）的返回类型为 pair<iterator, bool>
pair<iterator, bool>第一个iterator是迭代器；
第二个是 bool，用于反映是否插入成功，成功返回true，否则返回false
如果插入成功（即元素不存在进行插入）：返回为 pair<iterator, true>；迭代器返回的是新插入元素位置的迭代器（pair）
如果插入失败（即元素已经存在）：返回为 pair<iterator, false>，迭代器返回的是已存在元素位置的迭代器（pair）;
map::insert - C++ Reference (cplusplus.com)

operator[]

通过键来访问或插入元素：

如果键存在，它将返回对应的值的引用，即返回 Key 值的引用；
如果键不存在，它会自动插入一个键值对，其中值部分为默认构造的值，并返回这个新插入值的引用。

注：即使没有为元素分配映射值（即不给T传值，T为空），该元素使用其默认构造函数构造，插入新元素后，这会将容器大小增加1；

map::operator[] - C++ Reference (cplusplus.com)

at 成员函数功能与 [] 类似，但是在具有键的元素存在时具有相同的行为（即查找的元素 Key 是存在的时候，at 和 [] 的功能是一样的）；
但当不存在时抛出异常（即查找的 Key 不存在，[] 的功能是把这个 Key 直接插入map中，但是 at 是抛异常，不会进行插入）；

示例

计算水果数量

方法1

方法2

总结：

[] 的功能是查找+修改+插入（修改的原因是 [] 返回 mapped_type（T）值的引用）
at 的功能是查找+修改（不支持插入）

七，multimap

multimap和map的不同就是：

map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的

multimap中没有重载 operator[] 操作，因为 multimap的 key可能不唯一；(multimap不支持[key]操作);

使用时与map包含的头文件相同