C++【map和set的基本使用】

news2024/12/26 22:51:18

文章目录

  • 1、关联式容器
  • 2、键值对
  • 3、树形结构的关联式容器
    • 3-1、set
      • 3-1-1、set的使用
      • 3-1-3、set的使用样例
    • 3-2、map
      • 3-2-1、map的使用
      • 3-2-2、map的使用样例
    • 3-3、multiset
    • 3-4、multimap
  • 4、总结

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

比如:现在要建立一个英汉互译的字典,那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义,而且,英文单词与其中文含义是一一对应的关系,即通过该应该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

SGI-STL中关于键值对的定义:

template <class T1, class T2>

struct pair 
{
typedef T1 first_type;
typedef T2 second_type;

T1 first;//这里的first就是key值
T2 second;//这里的second就是value值

pair(): first(T1()), second(T2())
{}

pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
{}
};

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:map、set、multimap、multiset
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

大家还是可以去查看:
set的文档

文档大致翻译:

  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: l o g 2 n log_2 n log2n
  7. set中的元素不允许修改(为什么?——因为set中只有key值,而用set构建出来的二叉搜索树是根据key值来构建的,key值如果随意更改,就破化了二叉搜索树的结构,这就不是二叉搜索树了)
  8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3-1-1、set的使用

1. set的模板参数列表
在这里插入图片描述

T: set中存放元素的类型,实际在底层存储<value, value>的键值对(因为底层实现的原因,这里的key变成了T)
Compare:set中元素默认按照小于来比较 (Compare我们不实现就是默认比较小的)
Alloc:set中元素空间的管理方式,使用STL提供的空间配置器管理

2. set的构造
在这里插入图片描述

函数声明功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );用[first, last)区间中的元素构造set(前闭后开)
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);set的拷贝构造

3. set的迭代器
在这里插入图片描述

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中最后一个元素后面的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rbegin
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crbegin
  1. set的容量
    在这里插入图片描述
函数声明功能介绍
bool empty ( ) const检测set是否为空,空返回true,否则返回true
size_type size() const返回set中有效元素的个数

5. set修改操作
在这里插入图片描述

函数声明功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )在set中插入元素x,实际插入的是<x, x>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 key_type& x )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<Key,Compare,Allocator>& st );交换set中的元素
void clear ( )将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const返回set中值为x的元素的个数

3-1-3、set的使用样例

size_t N = 10;
srand(time(0));
set<int> si;
for (size_t i = 0; i < N; ++i)
{
	si.insert(rand());
}
si.insert(10);
si.insert(25);
si.insert(36);
si.insert(6);
si.erase(25);
si.erase(100);
cout << si.erase(100) << endl;
for (const auto& e : si)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;

在这里插入图片描述

size_t N = 10;
srand(time(0));
set<int> si;
for (size_t i = 0; i < N; ++i)
{
	si.insert(rand());
}
si.insert(10);
si.insert(25);
si.insert(36);
si.insert(6);
si.erase(25);
si.insert(100);
set<int>::iterator it = si.begin();
while (it != si.end())
{
	cout << *it << " ";
	++it;
}
set<int>::iterator t = si.find(100);
if(t == si.end())
{
	cout << "没有数据" << endl;
}
else
{
	cout << "找到了" << endl;
}

在这里插入图片描述

3-2、map

map的文档
文档翻译:

  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组合而成的元素。
  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))。

3-2-1、map的使用

1. map的模板参数说明
在这里插入图片描述
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

和set差不多,除了下面的内容没什么要补充的
在这里插入图片描述
map的元素访问
当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题?

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

3-2-2、map的使用样例

map<int, int> m;
for (size_t i = 0; i < 11; ++i)
{
	m.insert(pair<int, int>(i, 1));
}
m.insert(make_pair(5, 1));//make_pair就是调用pair<类型,类型>
for (const auto& e : m)
{
	cout << e.first << e.second << " ";
}
cout << endl;

在这里插入图片描述

void test_map1()
{
	map<int, double> m;  //K V模型
	m.insert(pair<int, double>(1, 1.1));//调用pair的构造函数,构造一个匿名对象
	m.insert(pair<int, double>(2, 2.1));
	m.insert(pair<int, double>(5, 3.4));
	m.insert(make_pair(2, 2.2));       //调用函数模板,构造对象,好处是不需要声明pair的参数, 
                                       //让函数去自己推演,用起来更方便
//	key相同就会插入失败
	map<int, double>::iterator it = m.begin();
	while (it != m.end())
	{
		cout << (*it).first<<":"<<(*it).second << endl;
		cout << it->first << ":" << it -> second << endl;
		it++;
	}
	cout << endl;
}
 
 
void test_map2()
{
	typedef map<string, string> DICT;
	typedef pair<string, string> D_KV;
	DICT dict;
	dict.insert(D_KV("hello", "你好"));
	dict.insert(D_KV("fine", "我好"));
	dict.insert(D_KV("nice", "很好"));
	dict.insert(D_KV("no", "不好"));
	dict.insert(D_KV("OK", "好"));
	DICT::iterator it = dict.find("hello");
	if (it != dict.end())
	{
		cout << it->second << endl;
		string& str = it->second;
		str.insert(0, "{");
		str += "}";
		cout << str << endl;
	}
}
 
void test_map3()
{
	//也可以从文件当中去读!!文件操作!!!
	string arr[] = { "苹果","苹果" ,"苹果", "西瓜","梨子","西瓜","榴莲","香蕉","香蕉","苹果" };
	map<string, int> mp;
	/*for (const auto& str : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = mp.find(str);
		if (it != mp.end())
		{
			it->second++;
		}
		else
		{
			mp.insert(pair<string, int>(str, 1));
		}
	}*/
	//统计次数的方式1
	/*for (const auto& e : arr)
	{
		pair<map<string, int>::iterator, bool> ret = mp.insert(pair<string, int>(e, 1));
		if (ret.second == false)
		{
			ret.first->second++;
		}
	}*/
	//统计方式2
 
 
//	下面是统计方式3
	for (const auto& e : arr)
	{
		mp[e]++;   //[]的返回值为mapped_value,第一个返回值为一个iterator的迭代器,第二个为一个bool类型的值。
	}
	for (const auto& e : mp)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
	}
 
	map<string, string> dic;
	dic.insert(make_pair("insert", "插入"));
	dic["left"];        //插入
	dic["left"] = "左边";  //修改
	dic["right"] = "右边"; //插入+修改
	dic["left"] = "左边、剩余";
	 //mapped_value& operator[](const key_value& K)
	//{ return (this->insert(make_pair(K,mapped_value())).first).second}
}
 
void test_map4()
{
	string arr[] = { "苹果","苹果" ,"苹果", "西瓜","梨子","西瓜","榴莲","香蕉","香蕉","苹果" };
	map<string, int> mp;
	for (const auto& e : arr)
	{
		mp[e]++;   //[]的返回值为mapped_value,第一个返回值为一个iterator的迭代器,第二个为一个bool类型的值。
	}
	//假设需要对水果次序排序
	vector<map<string, int>::iterator> vp;            //我们用迭代器的目的,就是为了减少拷贝,深拷贝很浪费时间
	map<string, int>::iterator it = mp.begin();
	while (it != mp.end())
	{
		vp.push_back(it);
		it++;
	}
	sort(vp.begin(), vp.end(), Comp());
 
	//也可以直接利用map排序        存在拷贝问题   拷贝了pair数据
	map<int, string,greater<int>> mmp;
	for (const auto& e : mp)
	{
		mmp.insert(make_pair(e.second, e.first));
	}
	set<map<string, int>::iterator, Comp> SortSet;  //也可以利用set去排
	while (it != mp.end())
	{
		SortSet.insert(it);
		it++;
	}
	typedef map<string, int>::iterator M_IT;
 
	priority_queue<M_IT, vector<M_IT>, Comp> pq;
 
 
	while (it != mp.end())
	{
		pq.push(it);
		it++;
	}
}
 
void test_map5()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("left", "还是左边"));
 
	multimap<string, string> mdict;
	mdict.insert(make_pair("left", "左边"));    //允许键值冗余;不存在[]
	mdict.insert(make_pair("left", "还是左边"));
 
}

3-3、multiset

multiset的文档
文档翻译:

  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<value, value>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)

注意:

  1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
  2. mtltiset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 ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
  7. multiset的作用:可以对元素进行排序

multiset的使用:
此处只简单演示set与multiset的不同,其他接口接口与set相同,可参考set

#include <set>

void TestSet()
{
  int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };
 // 注意:multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
 multiset<int> s(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));
 for (auto& e : s)
 cout << e << " ";
 cout << endl;
 return 0;
}

3-4、multimap

multimap的文档
文档翻译:

  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<key, value>,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<const Key, T> 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。

注意: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的使用:

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的。
注意:

  1. multimap中的key是可以重复的。
  2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
  3. multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?——因为multimap可以存在多给key相同的键值对,那么一个key就对应了多个value值,不能够找到我们想要的那个value)。
  4. 使用时与map包含的头文件相同

4、总结

本期内容比较少,只是学会怎么使用set和map,有前面知识,学起来很轻松,后面内容会有较大的坡度提升!

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