map 和 set 的使用

news2024/10/29 0:49:32

文章目录

  • 一.序列式容器和关联式容器
  • 二. set 系列的使用
    • 1. set 和 multiset 参考文档
    • 2. set 类介绍
    • 3. set 的构造和迭代器
    • 4. set 的增删查
    • 5. insert 和迭代器遍历使用样例
    • 6. find 和 erase 使用样例
    • 7. multiset 和 set 的差异
  • 三. map 系列的使用
    • 1. map 和 multimap参考文档
    • 2. map 类介绍
    • 3. pair 类型介绍
    • 4. map 的构造
    • 5. map 的增删查
    • 6. map 的数据修改
    • 7. 构造遍历及增删查使用样例
    • 8. map 的迭代器和 [ ] 功能介绍
    • 9. multimap 和 map 的差异

一.序列式容器和关联式容器

STL中部分容器如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序列的数据结构，两个位置储存的值之间一般没有紧密的关联，如果交换一下，他依旧是序列式容器。顺序容器中的元素按他们在容器中的存储位置来顺序保存和访问。

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器逻辑结构通常是非线性结构，两个位置有紧密的关联，如果交换一下，他的存储结构就被破坏了。关联式容器中的元素是按关键字来保存和访问的。

关联式容器有 map / set 系列和 unordered_map / unordered_set 系列。

本文要讲解的是 map 和 set (底层是红黑树)，红黑树是一颗平衡二叉搜索树。set 是 key 搜索场景的结构，map 是 key / value 搜索场景的结构。

二. set 系列的使用

1. set 和 multiset 参考文档

set 和 multiset 参考文档

2. set 类介绍

template < class T,                        // set::key_type/value_type
           class Compare = less<T>,        // set::key_compare/value_compare
           class Alloc = allocator<T>      // set::allocator_type
           > class set;

（1）set 的声明如上，T 是 set 底层关键字的类型。

（2）set 默认要求T支持小于比较，如果不支持或者想按自己的需求走，可以自行实现仿函数传给第二个模板参数。

（3）set 底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，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，都不需要传后两个模板参数。

（5）set 底层是用红黑树实现，增删查效率是O(logN)，迭代器遍历是通过搜索树的中序，所有是有序的。

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。

set 支持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序顺序，因为底层是二叉搜索树，迭代器遍历走的是中序；支持迭代器就意味支持范围for，set 的 iterator 和 const_iterator 都不支持迭代器修改数据，修改关键字数据会破坏底层搜索树的结构。

// empty (1) ⽆参默认构造
explicit set(const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type& alloc = allocator_type());

// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
set(InputIterator first, InputIterator last,
	const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type & = allocator_type());

// copy (3) 拷⻉构造
set(const set& x);

// initializer list (5) initializer 列表构造
set(initializer_list<value_type> il,
	const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type& alloc = allocator_type());

// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type

// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();

// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();

4. set 的增删查

Member types
key_type->The first template parameter(T)
value_type->The first template parameter(T)

// 单个数据插⼊，如果已经存在则插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);

// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);

// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);

// 查找val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const value_type& val);

// 查找val，返回Val的个数
size_type count(const value_type& val) const;

// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);

// 删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase(const value_type& val);

// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

// 返回⼤于等val位置的迭代器
iterator lower_bound(const value_type& val) const;

// 返回⼤于val位置的迭代器
iterator upper_bound(const value_type& val) const;

5. insert 和迭代器遍历使用样例

在这里插入图片描述

6. find 和 erase 使用样例

样例1：

#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
	set<int> s = { 4,2,7,2,8,5,9 };
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	} 
	cout << endl;
	// 删除最⼩值
	s.erase(s.begin());
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	// 直接删除x
	int x;
	cin >> x;
	int num = s.erase(x);
	if (num == 0)
	{
		cout << x << "不存在！" << endl;
	} 
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	} 
	cout << endl;
	// 直接查找在利⽤迭代器删除x
	cin >> x;
	auto pos = s.find(x);
	if (pos != s.end())
	{
		s.erase(pos);
	} 
	else
	{
		cout << x << "不存在！" << endl;
	}
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	} 
	cout << endl;
	// 算法库的查找 O(N)
	auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);
	// set⾃⾝实现的查找 O(logN)
	auto pos2 = s.find(x);
	// 利⽤count间接实现快速查找
	cin >> x;
	if (s.count(x))
	{
		cout << x << "在！" << endl;
	} 
	else
	{
		cout << x << "不存在！" << endl;
	} 
	return 0;
}

在这里插入图片描述

样例2：
在这里插入图片描述

7. multiset 和 set 的差异

multiset和set的使用基本完全类似，主要区别点在于multiset⽀持值冗余。因此insert/find/count/erase都围绕着⽀持值冗余有所差异。

在这里插入图片描述

三. map 系列的使用

1. map 和 multimap参考文档

map 和 multimap参考文档

2. map 类介绍

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;

（1）map 的声明如上，T 是 map 底层value的类型。

（2）map 底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。

（4）一般情况下，都不需要传后两个模板参数。

（5）map 底层是用红黑树实现，增删查效率是O(logN)，迭代器遍历是通过搜索树的中序，按 key 的有序顺序遍历。

3. pair 类型介绍

map 底层的红黑树节点中的数据，使用 pair<Key，T>存储键值对数据。

typedef pair<const Key, T> value_type;

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)
	{}
	template<class U, class V>
	pair(const pair<U, V>& pr) : first(pr.first), second(pr.second)
	{}
};

template <class T1, class T2>
inline pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
	return (pair<T1, T2>(x, y));
}

4. map 的构造

map 的构造我们关注以下几个接口即可。

map 支持正向和反向迭代遍历，遍历默认按 ke y的升序顺序，因为底层是二叉搜索树，迭代器遍历走的中序；支持迭代器就意味着支持范围for，map 支持修改 value 数据，不支持修改 key 数据，修改关键字数据，会破坏底层搜索树的结构。

// empty (1) ⽆参默认构造
explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type& alloc = allocator_type());

// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map(InputIterator first, InputIterator last,
	const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type & = allocator_type());

// copy (3) 拷⻉构造
map(const map& x);

// initializer list (5) initializer 列表构造
map(initializer_list<value_type> il,
	const key_compare& comp = key_compare(),
	const allocator_type& alloc = allocator_type());

// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator->a bidirectional iterator to const value_type

// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();

// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();

5. map 的增删查

map 增接口，插入的 pair 键值对数据，跟 set 有所不同，但是查和删的接口只用关键字 key 跟 set 是完全类似的，不过 find 返回 iterator，不仅仅可以确认 key 在不在，还找到 key 映射的 value， 同时通过迭代还可以修改 value。

Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>

// 单个数据插⼊，如果已经key存在则插⼊失败,key存在相等value不相等也会插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);

// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);

// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);

// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const key_type& k);

// 查找k，返回k的个数
size_type count(const key_type& k) const;

// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);

// 删除k，k存在返回0，存在返回1
size_type erase(const key_type& k);

// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);

// 返回⼤于等k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type& k);

// 返回⼤于k位置的迭代器
const_iterator lower_bound(const key_type& k) const;

6. map 的数据修改

map 支持修改 mapped_type 数据，不支持修改 key 数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。

map 第一个支持修改的方式是通过迭代器，迭代器遍历时或者 find 返回 key 所在的 iterator 修改，map 还有一个非常重要的修改接口 operator[ ] ，但是 operator[ ] 不仅仅支持修改，还支持插入数据和查找数据，所有他是一个多功能复合接口。

map 这里把我们传统说的 value 值，给的是 T 类型，typedef 为 mapped_type。而 value_type 是红黑树结点中存储的 pair 键值对值。

Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>

// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，如果找到了通过iterator可以修改key对应的mapped_type值
iterator find(const key_type& k);

// insert插⼊⼀个pair<key, T>对象
// 1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象first是key所在结点的迭代器，second是false
// 2、如果key不在在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，返回pair对象first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true
// 也就是说⽆论插⼊成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭代器
// 那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现operator[]
// 需要注意的是这⾥有两个pair，不要混淆了，⼀个是map底层红⿊树节点中存的pair<key, T>，另⼀个是insert返回值pair<iterator, bool>
pair<iterator, bool> insert(const value_type & val);

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
	// 1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值，同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引⽤修改返映射值。所以[]具备了插⼊ + 修改功能
	// 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的迭代器，返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，所以[]具备了查找 + 修改的功能
	pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
	iterator it = ret.first;
	return it->second;
}

7. 构造遍历及增删查使用样例

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
	// initializer_list构造及迭代遍历
	map<string, string> dict = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"},
		{"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
	//map<string, string>::iterator it = dict.begin();

	auto it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		//cout << (*it).first <<":"<<(*it).second << endl;
		// map的迭代基本都使用operator->,这⾥省略了一个->
		// 第一个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第二个箭头是结构指针解引⽤取pair数据
		//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()-> second << endl;
        cout << it->first << ":" << it->second << endl;

        ++it;
	}
	cout << endl;


	// insert插入pair对象的4种方式，对⽐之下，最后⼀种最方便
	pair<string, string> kv1("first", "第一个");
	dict.insert(kv1);
	dict.insert(pair<string, string>("second", "第二个"));
	dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
	dict.insert({ "auto", "自动的" });
	// "left"已经存在，插⼊失败
	dict.insert({ "left", "左边，剩余" });
	// 范围for遍历
	for (const auto& e : dict)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	} 
	cout << endl;

	string str;
	while (cin >> str)
	{
		auto ret = dict.find(str);
		if (ret != dict.end())
		{
			cout << "->" << ret->second << endl;
		}
		else
		{
		    cout << "无此单词，请重新输入" << endl;
		}
	} 

	// erase等接⼝跟set完全类似，这⾥就不演示讲解了

	return 0;
}

在这里插入图片描述

8. map 的迭代器和 [ ] 功能介绍

样例1：
在这里插入图片描述
样例2：
在这里插入图片描述
样例3：
在这里插入图片描述

9. multimap 和 map 的差异

multimap 和 map 的使用基本完全类似，主要区别点在于 multimap 支持关键字 key 冗余。 因insert/find/count/erase都围绕着支持关键字 key 冗余有所差异，这里 set 和 multiset 完全一样，例如 find 时，有多个 key，返回中序第一个

multimap 不支持 [ ] ，因为支持 key 冗余，[ ] 就只能支持插入，不能支持修改。

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