C++:map And set

news2024/9/22 19:26:00

1. 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(C++11)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

 2. 键值对

         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。

3. 树形结构的关联式容器

        根据应用场景的不桶,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:mapsetmultimapmultiset。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。
 

3.1 set

        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:O(log n)

        7. set中的元素不允许修改(为什么?):如果元素的键(key)被修改,它在容器中的位置可能需要改变,这将破坏容器的排序状态。

        8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现

3.2 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value_type绑定在一起,为其取别名称为pair:

 typedef pair<const key, T> 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))。

3.2.1map模板说明
template < class Key,                                     // map::key_type
           class T,                                       // map::mapped_type
           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type
           > class map;

    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
 3.2.2 map使用相关问题

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

选择使用 operator[] 还是 at?

  • 当你确定要访问的键存在于 map 中时,可以使用 operator[] 来获取元素的引用,这通常用于修改元素的值。
  • 当你需要检查键是否存在,并且希望在键不存在时获得异常通知时,使用 at。这提供了更强的错误检测机制。
  • operator[] 用于插入新元素时不需要额外处理,而 at 则需要异常处理机制

注意

        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O(log n)

        6. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

 3.3 multiset

        multiset与set的区别是,multiset中的元素可以重复,set是中value是唯一的。

 3.4 multimap

        multimap和map的唯一不同:map中的key是唯一的,而multimap中key是可以重复的。

4. 模拟实现

Map_Set/Map_Set · XiangChao/CPlusPlus - 码云 - 开源中国 (gitee.com)icon-default.png?t=N7T8https://gitee.com/RuofengMao/cplusplus/tree/master/Map_Set/Map_Set 

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