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✨专栏：C/C++
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一、set的简单介绍和使用
🌟set的介绍
🔥注意：
🌠小贴士：
🌟set的使用
✨set的构造
✨set的迭代器
编辑
✨set的容量
✨set的修改
🌠小贴士：
二、map的简单介绍和使用
🌟map的介绍
🌟map的使用
编辑
🌠小贴士：<1> make_pair
🌠小贴士：
三、multiset的简单介绍和set的区别
🌟multiset的介绍
🌟与set的区别
四、multimap的简单介绍和map的区别
🌟multimap的介绍
🌟与map的区别
五、底层结构
一、set的简单介绍和使用
🌟set的介绍
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：
• 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；
• set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对；
• set中的元素不可以重复（因此可以使用set进行去重）；
• 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列；
• set中的元素默认按照小于来比较；
• set中查找某个元素，时间复杂度为：log₂n
🌠小贴士：
<1>序列式容器和关联式容器
• 序列式容器：vector、list、deque、forward_list(C++)等，因为底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。
• 关联式容器：set、map、multiset、multimap等，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对应的关系。
• SGI-STL中关于键值的定义：
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) {} };
🌟set的使用
• T ：set中存放元素的类型，实际在底层存储<value，value>键值对；
• Compare : set中元素默认按照小于来比较；
• Alloc : set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器
✨set的构造
使用set时要包含头文件 include<set>
| 函数声明 | 功能介绍 |
set (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 构造空的set |
set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 用[first,last)区间中的元素构造set |
set (const set& x); | set的拷贝构造 |
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;//构造空的set
s.insert(5);
s.insert(4);
s.insert(3);
s.insert(7);
s.insert(6);
s.insert(2);
set<int>::iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
set<int> s1(s.begin(), s.end());//用[first，last)区间中的元素构造set
for (auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
set<int> s2(s1);//set的拷贝构造
for (auto e : s2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
✨set的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
| iterator begin() | 返回set中起始位置元素的迭代器 |
| iterator end() | 返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
| const_iterator cbegin() const | 返回set中起始位置元素的const迭代器 |
| const_iterator cend() const | 返回set中最后一个元素的const迭代器 |
| reverse_iterator rbegin() | 返回set第一个元素的反向迭代器，即end |
| reverse_iterator rend() | 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器， 即begin |
| const_reverse_iterator crbegin() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend |
| const_reverse_iterator crend() const | 返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭 代器，即cbegin |
int main()
{
int array[] = { 75,23,65,42,13 };
set<int> myset(array, array + 5);
// begin() 、 end()
set<int>::iterator it = myset.begin();
while (it != myset.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//rbegin() 、 rend()
set<int>::reverse_iterator rit = myset.rbegin();
while (rit != myset.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
//cbegin() 、 cend()
set<int>::const_iterator cit = myset.cbegin();
while (cit != myset.cend())
{
cout << *cit << " ";
++cit;
}
cout << endl;
//crbegin() 、crend()
set<int>::const_reverse_iterator crit = myset.crbegin();
while (crit != myset.crend())
{
cout << *crit << " ";
++crit;
}
cout << endl;
return 0;
}
✨set的容量
| 函数声明 | 功能介绍 |
| bool empty() const | 检查set是否为空，空返回true,否则返回false |
| size_type size() const | 返回set中有效元素的个数 |
int main()
{
set<int> s;
cout << s.size() << endl;
if (s.max_size() > 10)//用于检查集合是否允许插入10个元素
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
s.insert(i);
}
}
while (!s.empty())
{
cout << *s.begin() << " ";
s.erase(s.begin());
}
cout << endl;
return 0;
}
✨set的修改
| 函数声明 | 功能介绍 |
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val) | 在set中插入元素x，实际插入的是<x，y>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>，如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false> |
void erase (iterator position) | 删除set中position位置上的元素 |
size_type erase (const value_type& val) | 删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数 |
void erase (iterator first, iterator last) | 删除set中[first，last)区间中的元素 |
void swap (set& x) | 交换set中的元素 |
void clear() | 将set中的元素清空 |
iterator find (const value_type& val) const | 返回set中值为x的元素的位置 |
size_type count (const value_type& val) const | 返回set中值为x的元素的个数 |
int main()
{
int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4,6, 8, 0 };
set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
cout << s.size() << endl;
//正向打印set中的元素，可以看出set可去重
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//使用迭代器逆向打印set中的元素
for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
//set中值为3的元素出现了几次
cout << s.count(3) << endl;
return 0;
}
🌠小贴士：
算法库里的 find() 的 set中的 find() 在效率上有显著的差异：
• 算法库里面的 find() 是模板，查找数据时，时从头到尾进行遍历查找，时间复杂度为O(N);
• set中的 find() 在查找时会按照底层的搜索二叉树的规则进行查找，时间复杂度为O(logN);
• erase() ，删除不存在的值不会报错，有就删，没有就不删，我们可以通过返回值判断删除是否成功。
二、map的简单介绍和使用
🌟map的介绍
1、map是关联式容器，它按照特定的次序（按照key来比较）存储由键值key和值value组合而成的元素；
2、在map中，键值key通常用于排序和唯一的标识元素，而值value中存储与键值 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通过成员类型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））。
🌟map的使用
• 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，需要包头文件。
✨map的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()) | 构造一个空的map |
map (InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type()) | 用[first，last)区间中的元素构造map |
map (const map& x) | map的拷贝构造 |
用法和set类似，这里就不过多的赘述了。值得注意的是，这里的初始化有多种方式：
#include<map>
#include<string>
int main()
{
//map<string, string> m;//无参构造
//pair<string, string> kv1("left", "左边");//有名对象的带参构造
//m.insert(kv1);
//m.insert(pair<string, string>("right", "右边"));//匿名对象初始化
//m.insert(make_pair("insert", "插入"));
//pair<string, string> kv2 = { "string","字符串" };
//m.insert({ "string","字符串" });//单参数的隐式类型转换
//多参数的隐式类型转换
map<string, string> m = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"},{"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
map<string, string>::iterator it = m.begin();
while (it != m.end())
{
//cout << *it << " ";//make_pair不支持流插入和流提取
//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
cout << endl;
for (auto& e : m)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
for (auto& [x, y] : m)//C++17可用
{
cout << x << ":" << y << endl;
}
cout << endl;
return 0;
}
🌠小贴士：
<1> make_pair
• 构造一个pair对象，其第一个元素设置为x，第二个元素设为y；
• 模板类型可以从传递给make_pair的参数中隐式推断出来；
• 如果相应的类型是隐式可转换的，则可以从包含不同类型的其他对对象构造对对象。
• make_pair 不支持流插入和流提取
∆允许把构造pair的两个参数传给它，推断出来后，自己去构建一个匿名对象pair，再进行返回。
<2>从以上代码的运行结果，我们可以看到我们初始化的顺序和最终的运行结果并不一样，因为map是按key去排序，key是string，string重载了operator>()、operator<()来比较大小，按照ASCII码进行比较。
<3> for (auto& [x, y] : m)//C++17可用
✨map的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
| begin()和end() | begin:首位置元素，end最后一个元素的下一个位置 |
| cbegin()和cend() | 与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改 |
| rbegin()和rend() | 反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其操作++和--操作与begin和end操作移动相反 |
| crbegin()和crend() | 与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改 |
用法和set类似，这里就不演示了。
✨map的容量与元素访问
| 函数声明 | 功能介绍 |
| bool empty() const | 检查map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false |
| size_type size() const | 返回map中有效元素的个数 |
| mapped_type& operator[](const key_type& k) | 返回去key对应的value |
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> countTree;
for (const auto& str : arr)
{
countTree[str]++;
}
for (const auto& e : countTree)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//int i = int();
//int j = int(10);
return 0;
}
🌠 operator[]的原理是：
用构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中
如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器
如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器
operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回 。
int main()
{
map<string, string> m;
//向map中插入元素的方式
//将键值对<"pach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对
m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));
//将键值对<"sort", "排序">插入map中，用make_pair函数来构造键值对
m.insert(make_pair("sort", "排序"));
//借用operator[]向map中插入元素
//插入+修改
m["left"] = "左边";
//修改
m["left"] = "左边、剩余";
//key不存在->插入<"insert","">
m["insert"];
//key存在->查找
cout << m["left"] << endl;
return 0;
}✨map的修改
| 函数声明 | 功能介绍 |
| pair<iterator,bool> insert(const value_type& x) | 在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表插入成功 |
| void erase(iterator position) | 删除position位置上的元素 |
| size_type erase(const key_type& x) | 删除键值为x的元素 |
| void erase(iterator first,iterator last) | 删除[first,last)区间中的元素 |
| void swap(map& x) | 交换两个map中的元素 |
| void clear() | 将map中的元素清空 |
| iterator find(const key_type& x) | 在map中插入key为x的元素，找到返回该元 素的位置的迭代器，否则返回end |
| const_iterator find ( const key_type& x ) const | 在map中插入key为x的元素，找到返回该元 素的位置的const迭代器，否则返回cend |
| size_type count ( const key_type& x ) const | 返回key为x的键值在map中的个数，注意 map中key是唯一的，因此该函数的返回值 要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来 检测一个key是否在map中 |
🌠小贴士：
• map中的元素是键值对；
• map中的key是唯一的，并且不能修改
• 默认按照小于的方式对key进行比较
• 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
• map的底层为平衡搜索树（红黑树），查找效率比较高O(log₂N)
• 支持 [ ] 操作符，operator[]中实际进行插入查找。
三、multiset的简单介绍和set的区别
🌟multiset的介绍
1. multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
2. 在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是组成 的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器 中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
3. 在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则 进行排序。
4. multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭 代器遍历时会得到一个有序序列。
5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
🌟与set的区别
1. multiset中在底层中存储的是的键值对
2. multiset的插入接口中只需要插入即可
3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
5. multiset中的元素不能修改
6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为O(log₂ N)
7. multiset的作用：可以对元素进行排序
8、当进行删除时，会全部删除相同的的元素，此时删除会出现迭代器失效的问题，需要用一个迭代器进行保存。
四、multimap的简单介绍和map的区别
🌟multimap的介绍
1. Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
2. 在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内 容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起， value_type是组合key和value的键值对:
typedef pair value_type;
3. 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对 key进行排序的。
4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代 器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。
🌟与map的区别
• multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以 重复的。
• multimap中的key是可以重复的。
• multimap中的元素默认将key按照小于来比较
• multimap中没有重载operator[]操作，因为key是唯一的，而value不唯一，operator[]查找时，不知道返回哪个value值。
• 使用时与map包含的头文件相同
五、底层结构
从前面的介绍中，我们知道set/map/multiset/multimap的底层实现的都是按二叉搜索树来实现的，但是二叉搜索树有其自身的缺陷，假如往树中 插入的元素有序或者接近有序，二叉搜索树就会退化成单支树，时间复杂度会退化成O(N)，因此 map、set等关联式容器的底层结构是对二叉树进行了平衡处理，即采用平衡树来实现。
具体实现我们尽请期待下一篇的更新~
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