【C++进阶】map和set的使用

【C++进阶】map和set的使用

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🌼文章目录🌼

1. 序列式容器和关联式容器

2. set系列的使用

2.1 set 和 multiset

2.2 set 类的介绍

2.3 set 的构造和迭代器

2.4 set 的增删查

2.5 multiset 和 set 的区别

2.6 两道练习题

3. map 系列的使用

3.1 map 和 multimap

3.2 map 类的介绍

3.3 pair 类型的介绍

3.4 map 的构造和使用

3.5 map 的增删查

3.6 map 的数据修改

3.7 构造遍历及增删查的用法参考

3.8 multimap 和 map 的区别

3.9 两道练习题

1. 序列式容器和关联式容器

前面我们已经接触过STL中的部分容器如：string、vector、list、deque、array、forward_list等，这些容器统称为序列式容器，因为逻辑结构为线性的数据结构，两个相邻位置存储的值一般没有紧密的关联关系，比如交换或者修改，不会破坏它的结构。顺序容器中的元素是按它们的存储位置来顺序存储和访问的。

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器的逻辑结构通常是非线性结构的，两个位置有紧密的关联关系，比如将相邻两个位置交换，它的结构就被破坏了。关联式容器有 map/set 系列和 unordered_maxp/unordered_set 系列。

本篇讲解的 map 和 set 的底层是 红黑树，也就是平衡二叉搜索树。set是 key 搜索场景的结构，map是 key/value （键和值）搜索场景的结构。

2. set系列的使用

2.1 set 和 multiset

参考文档：<set> - C++ Reference (cplusplus.com)

2.2 set 类的介绍

① set的声明如下：

T就是 set 底层关键字的类型。

② set 默认要求 T 支持大小的比较，如果不支持或者想要按照自己的需求比较，可以实现仿函数传给第二个模板参数。

③ set 底层的存储数据的内存是从空间配置器中申请的，如果需要可以自己实现内存池，传给第三个参数。

④ 一般情况下，我们不需要传后两个模板参数，用它的缺省参数即可。

⑤ set 的底层是红黑树，增删查的效率是 O(logN)，迭代器遍历时走的是二叉搜索树的中虚遍历，因此遍历结果是有序的，默认为升序。

⑥ 前面部分我们已经学习了 vector / list 等容器的使用，STL容器的接口设计高度相似，因此不需要再一个个的去看是什么功能，这里重点讲几个比较重要的：

insert：往 set 中插入元素，插入的方式和二叉搜索树一致，插入值比当前节点小走左边，比当前节点大走右边。

支持指定值插入、迭代器插入。

用法：

不支持插入相同的值：

erase：删除 set 中的节点，删除方式和二叉搜索树一致：如果是叶子节点直接删除，非叶子节点分为两种情况：① 有一个孩子，将孩子托付给父亲，删除节点 ② 有两个孩子，去到右子树中找最小值所在节点，将要删除节点的值和最小值节点的值交换，随后删除最小值节点。

支持指定元素删除、迭代器删除。

用法：

lower_bound：指定一个值，返回 set 中第一个 ≥ 该值的迭代器

用法：

upper_bound：指定一个值，返回 set 中第一个＞该值的迭代器

find：寻找 set 中指定元素。

用法：

count：返回 set 中指定元素的个数，但是由于 set 不允许重复元素插入，因此这里返回的只有 0 和 1 ，但是这里还是返回个数是因为要和后面的 multiset 保持一致。

用法：

2.3 set 的构造和迭代器

set 的构造我们关注以下几个接口即可：

① 无参默认构造：

② 迭代器区间构造：

③ 拷贝构造：

④ initializer list：initializer 列表构造：

set 支持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序排序，因为底层是二叉搜索树，遍历时按照中序遍历；支持迭代器就意味着支持范围 for，在上面接口的用法中我也用到了范围 for。set 的迭代器不支持迭代器修改数据，如果修改关键字数据，会破坏 set 的结构。

2.4 set 的增删查

set 的增删查我们关注以下接口即可：

增：insert

① 单个数据插入。如果数据已经存在于 set 中，则插入失败

② 列表插入。同样的，set 中已经存在的值不会插入

③ 迭代器区间插入。重复的值不会插入

删：erase

① 删除迭代器位置的值

② 删除指定元素。如果不存在则删除失败，返回00；反之，返回1

③ 删除一段迭代器区间的值

查：find、count、lower_bound、upper_bound

① 查找某一个值，返回该值所在的迭代器；如果找不到则返回 end()迭代器

② 查找某一个值，返回该值的个数；如果找不到，则该值的个数为0

③ 返回第一个大于等于指定元素位置的迭代器

④ 返回第一个大于指定元素位置的点带起

2.5 multiset 和 set 的区别

multiset 和 set 的使用完全类似，主要区别在于 multiset 支持重复数据的存储，那么因此 insert、erase、find、count 都根据这种特性进行了改变，这里直接看用法的区别：

① insert：

可以看到，这里可以插入相同的值。

② erase：

可以看到，当我们删除 4 时，会将 ms 中所有的 4 都删掉。

③ find：

查找时，如果有多个相同的元素比如 7，则会返回中序遍历的第一个 7 。

④ count：

返回 multiset 中该元素的个数。

2.6 两道练习题

349. 两个数组的交集 - 力扣（LeetCode）

LCR 022. 环形链表 II - 力扣（LeetCode）

不论你之前使用什么方法做的，如果没有用 set 来做过，强烈建议你试试，完全就是降维打击。

3. map 系列的使用

3.1 map 和 multimap

参考文档：<map> - C++ Reference (cplusplus.com)

3.2 map 类的介绍

map 的声明如下，key 就是关键字，T 是 map底层 value 的类型，set 默认要求 key 支持大小比较，如果不支持或者想要按照自己的需要进行比较，则需要自行实现仿函数传给第三个模板参数，map 底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。一般情况下，我们不需要传后两个模板参数。map 的底层是红黑树，增删查改的效率是 O(logN)，迭代器遍历走的是二叉搜索树的中序遍历，因此遍历结果是有序的。

3.3 pair 类型的介绍

map 底层的红黑树节点中的数据，使用 pair<key,T> 来存储键值对数据。下面是库中的 pair，可以参考：

3.4 map 的构造和使用

map 的构造和使用我们关注以下几个接口即可(用法和 set 完全类似，这里就不演示用法了)：

① 无参数默认构造：

② 迭代器区间构造：

③ 拷贝构造：

④ 列表构造：

insert：与 set 一样，都是按照二叉搜索树的结构插入数据。区别在于，map 支持重复数据的存储。

erase：指定元素删除。跟 set 的区别在于，如果有多个重复的指定元素，map 会全部删除。

find：查找指定元素。和 set 一样，返回指定元素所在的迭代器。

count：查找指定元素的个数。和 set 一样，返回指定元素的个数。

lower_bound：返回第一个 ≥ 指定元素的迭代器。

upper_bound：返回第一个＞指定元素的迭代器。

operator[]：因为 map 支持修改，因此重载了 [] 符号，使得能够修改 map 中的值value，但是不能修改 key

map 支持正向和反向迭代器遍历，遍历默认按照键 key 升序顺序，因为底层是二叉搜索树，遍历走的是中序遍历；支持迭代器就意味着支持范围 for，map 支持修改 value，不支持修改 key，因为修改关键字会破坏结构。

3.5 map 的增删查

map 的增删查关注以下几个接口：

增：

① 指定元素插入：

② 迭代器位置插入：

③ 迭代器区间插入：

④ 列表插入：

删：

① 迭代器位置删除：

② 指定元素删除：

③ 迭代器区间删除：

查找：find、count、lower_bound、upper_bound

① 查找指定元素，返回指定元素所在迭代器：

② 查找指定元素，并返回指定元素的个数：

③ 查找第一个 ≥ 指定元素的迭代器并返回：

④ 查找第一个＞指定元素的迭代器并返回：

3.6 map 的数据修改

前面提高了 map 支持修改 value，而不支持修改 key，那么 map 如何修改 value 呢？

第一个方法就是通过迭代器修改，使用迭代器遍历时或者使用 find 查找返回时，修改迭代器所在key 的 value。

第二个方法上面也有提及，就是 operator[]，map 重载了 []，就是方便我们进行修改操作。当然，operator[]，不仅仅可以进行修改操作，还可以进行插入和查找数据的操作，因此它是一个多功能接口。

用法：

3.7 构造遍历及增删查的用法参考

① 构造+遍历：

② insert：

③ erase：erase 与 set 完全类似，都是根据键 key 去删除节点，map 无非就是多删除了一个 value，这里就不演示了。

3.8 multimap 和 map 的区别

multimap 和 map 的使用完全类似，主要区别点在于 multimap 支持关键值 key 重复，因此 insert、erase、count、find 都会因为这个特性与 map 有所差异。这里跟 set 和 multiset 的区别是一样的，比如 find 的元素有多个，则返回中序遍历的第一个。最后就是 multimap 不支持[]，也就是没有重载 operator[]，因为支持重复的键 key，因此只能插入而不能修改。