C++第三十九弹---C++ STL中的无序容器：unordered_set与unordered

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1 unordered_set

1.1 unordered_set的接口说明

1.1.1 unordered_set的构造

1.1.2. unordered_set的容量

1.1.3. unordered_set的迭代器

1.1.4. unordered_set的查询

1.1.5. unordered_set的修改操作

1.1.6. unordered_set的桶操作

2 unordered_map

1.2 unordered_map的接口说明

1.2.1. unordered_map的构造

1.2.2. unordered_map的容量

1.2.3. unordered_map的迭代器

1.2.4. unordered_map的元素访问

6. unordered_map的修改操作

7. unordered_map的桶操作

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到log2 N，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同，本文中只对unordered_map和unordered_set进行介绍。

1 unordered_set

1. unordered_set 是以不特定顺序存储唯一元素的容器，并允许根据其值快速检索单个元素。
2. 在unordered_set中，元素的值同时是其键，它唯一地标识它。键是不可变的，因此，unordered_set中的元素不能在容器中修改一次，但是，它们可以插入和删除。
3. 在内部，unordered_set中的元素不按任何特定顺序排序，而是根据其哈希值组织到桶中，以便直接通过其值快速访问各个元素（平均平均时间复杂度恒定）。
4. unordered_set容器通过其键访问单个元素的速度比设置的容器更快，尽管它们在通过其元素子集进行范围迭代时通常效率较低。
5. 容器中的迭代器至少是正向迭代器。

1.1 unordered_set的接口说明

1.1.1 unordered_set的构造

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	// 构造空对象
	unordered_set<int> s1;
	// 列表构造对象
	unordered_set<int> s2 = { 1,3,4,9,2,7 };
	return 0;
}

测试结果

1.1.2. unordered_set的容量

函数声明	功能介绍
bool empty() const	检测unordered_set是否为空
size_t size() const	获取unordered_set的有效元素个数

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	unordered_set<int> s1 = { 1,3,4,9,2,7 };
	cout << "empty() = " << s1.empty() << endl;
	cout << "size() = " << s1.size() << endl;
	return 0;
}

测试结果

1.1.3. unordered_set的迭代器

函数声明	功能介绍
begin	返回unordered_set第一个元素的迭代器
end	返回unordered_set最后一个元素下一个位置的迭代器

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	unordered_set<int> s1 = { 1,3,4,9,2,7 };
	// 获取unordered_set第一个元素的迭代器
	unordered_set<int>::iterator it1 = s1.begin();
	while (it1 != s1.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

测试结果

1.1.4. unordered_set的查询

函数声明	功能介绍
iterator find(const K& key)	返回key在哈希桶中的位置
size_t count(const K& key)	返回哈希桶中key的个数

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	unordered_set<int> s1 = { 1,3,4,9,2,7,4 };
	// 查找数值3的位置，并打印该位置的值
	auto pos = s1.find(3);
	cout << *pos << endl;
	// 计算数值4的个数
	size_t countFour = s1.count(4);
	cout << "countFour = " << countFour << endl;
	return 0;
}

测试结果

注意：unordered_set中key是不能重复的，因此count函数的返回值最大为1。

1.1.5. unordered_set的修改操作

函数声明	功能介绍
insert	向容器中插入key值
erase	删除容器中的key值
void clear()	清空容器中有效元素个数
void swap(unordered_set&)	交换两个容器中的元素

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	unordered_set<int> s1;
	// 插入值
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(5);
	// 支持迭代器，因此也支持范围for
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	// 删除6，没有该值则不删除
	s1.erase(6);
	// 删除4，有该值则删除该值
	s1.erase(4);
	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

测试结果

1.1.6. unordered_set的桶操作

函数声明	功能介绍
size_t bucket_count()const	返回哈希桶中桶的总个数
size_t bucket_size(size_t n)const	返回n号桶中有效元素的总个数
size_t bucket(const K& key)	返回元素key所在的桶号

代码演示

#include<unordered_set>
int main()
{
	unordered_set<int> s1 = { 1,4,6,9,3,7,5 };
	// 获取桶的总个数
	cout << "bucket_count() = " << s1.bucket_count() << endl;
	// 获取2号桶有效元素个数
	cout << "bucket_size(2) = " << s1.bucket_size(2) << endl;
	// 数值6所在的桶号
	cout << "bucket(6) = " << s1.bucket(6) << endl;
	return 0;
}

测试结果

2 unordered_map

1. unordered_map是存储<key, value>键值对的关联式容器，其允许通过key快速的索引到与其对应的value。
2. 在unordered_map中，键值通常用于惟一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
3. 在内部,unordered_map没有对<kye, value>按照任何特定的顺序排序, 为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
4. unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
5. unordered_maps实现了直接访问操作符(operator[])，它允许使用key作为参数直接访问value。
6. 它的迭代器至少是前向迭代器。

1.2 unordered_map的接口说明

1.2.1. unordered_map的构造

函数声明	功能介绍
unordered_map	构造一个空的 unordered_map 对象
unordered_map(initializer_list<T> il)	使用列表的内容初始化容器。

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	// 构造空对象
	unordered_map<string,int> m1;
	// 列表构造对象
	unordered_map<string, string> m2 = {
		{"insert","插入"},{"erase","删除"},{"string","字符串"} };

	return 0;
}

测试结果

1.2.2. unordered_map的容量

函数声明	功能介绍
bool empty() const	检测unordered_map是否为空
size_t size() const	获取unordered_map的有效元素个数

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	unordered_map<string, string> m1 = {
		{"insert","插入"},{"erase","删除"},{"string","字符串"} };
	cout << "empty() = " << m1.empty() << endl;
	cout << "size() = " << m1.size() << endl;
	return 0;
}

测试结果

1.2.3. unordered_map的迭代器

函数声明	功能介绍
begin	返回unordered_map第一个元素的迭代器
end	返回unordered_map最后一个元素下一个位置的迭代器

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	unordered_map<string, string> m1 = {
		{"insert","插入"},{"erase","删除"},{"string","字符串"} };
	// 获取第一个元素的迭代器，使用auto更简便
	//unordered_map<string, string>::iterator it = m1.begin();
	auto it = m1.begin();
	while (it != m1.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

测试结果

1.2.4. unordered_map的元素访问

函数声明	功能介绍
operator[]	返回与key对应的value，没有一个默认值

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	// 统计各自水果的个数
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
	"苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉","苹果","草莓", "苹果","草莓" };
	unordered_map<string, int> countMap;
	for (auto& e : arr)
	{
		// 水果没有出现则插入该水果，出现则将个数++
		countMap[e]++;
	}
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

测试结果

注意：该函数中实际调用哈希桶的插入操作，用参数key与V()构造一个默认值往底层哈希桶中插入，如果key不在哈希桶中，插入成功，返回V()，插入失败，说明key已经在哈希桶中，将key对应的value返回。此处与map中的operator[]原理类似。

1.2.5. unordered_map的查询

函数声明	功能介绍
iterator find(const K& key)	返回key在哈希桶中的位置
size_t count(const K& key)	返回哈希桶中关键码为key的键值对的个数

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	unordered_map<string, int> m1 = {
	{"string",1 }, { "insert",2 }, { "left",3 } };
	// 查找left的位置，打印该位置键值对的值
	auto pos = m1.find("left");
	cout << pos->first << ":" << pos->second << endl;
	// 计算key为string的键值对个数
	size_t count = m1.count("string");
	cout << "count = " << count << endl;
	return 0;
}

测试结果

注意：unordered_map中key是不能重复的，因此count函数的返回值最大为1。

6. unordered_map的修改操作

函数声明	功能介绍
insert	向容器中插入键值对
erase	删除容器中的键值对
void clear()	清空容器中有效元素个数
void swap(unordered_map&)	交换两个容器中的元素

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	unordered_map<string, int> m1;
	pair<string, int> kv1("string", 1);
	// 插入值
	m1.insert(kv1);// 有名对象
	m1.insert({ "left",2 });
	m1.insert(make_pair("right", 3));
	for (auto e : m1)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;

	// 删除key为string的键值对
	m1.erase("string");
	for (auto e : m1)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

测试结果

7. unordered_map的桶操作

函数声明	功能介绍
size_t bucket_count()const	返回哈希桶中桶的总个数
size_t bucket_size(size_t n)const	返回n号桶中有效元素的总个数
size_t bucket(const K& key)	返回元素key所在的桶号

代码演示

#include<unordered_map>
int main()
{
	unordered_map<string, int> m1 = {
		{"string",1},{"right",2},{"insert",3}};
	// 获取桶的总个数
	cout << "bucket_count() = " << m1.bucket_count() << endl;
	// 获取3号桶有效元素个数
	cout << "bucket_size(2) = " << m1.bucket_size(3) << endl;
	// key为right所在的桶号
	cout << "bucket(right) = " << m1.bucket("right") << endl;
	return 0;
}

测试结果