【C++】关联式容器——mapset的使用

news2025/1/24 18:01:16

文章目录

  • 1.关联式容器和键值对
    • 1. 关联式容器
    • 2. 键值对
  • 2. 树形结构的关联式容器——set
    • 1. 模版参数列表
    • 2. 默认成员函数
    • 3. 迭代器
    • 4.容量相关操作
    • 5.modify
    • 6.其他操作接口
  • 3. 树形结构的关联式容器——map
    • 1. 默认成员函数
    • 2. 迭代器
    • 3. 容量与数据访问
    • 4.数据修改
    • 5. 其他操作接口

1.关联式容器和键值对

1. 关联式容器

在之前的学习中，我们学习了vector，list，deque等容器，这些容器被统称为序列式容器，因为其底层是线性的数据结构，内部存放的是元素本身，那么关联式容器是什么呢？关联式容器也是用来存放数据的，只是关联式容器中存放数据是以<key,value>键值对的方式存储的，在数据检索的时候效率更高。

其实也可以理解成使用了更高级的数据结构，除了单纯的存储数据外，加上了一些特殊的存储逻辑。比如map和set就使用了二叉搜索树这种高级的数据结构。

STL中一共实现了两种不同类型的关联式容器：树形结构和哈希结构。

其中树形结构的容器有：map、multimap、set、multiset四个。其底层都是使用了**平衡搜索树（红黑树）**实现的，容器中的元素是一个有序的序列。

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。

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。

在SGI- STL中对于键值对pair的定义如下

template <class T1, class T2>
struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;
	T1 first;   //key
	T2 second;  //value
	pair() : first(T1()), second(T2())  //默认构造
	{}
	pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b) //构造函数
	{}
};

其中一般使用first表示key，second表示value。

make_pair

按照一般的调用方式，如果我们想创建一个pair的匿对象，需要使用以下代码

pair<string,string>("apple","苹果");

写了这么长一串就是为了创建一个匿名的pair对象多少是有点麻烦的，所以干脆就封装出一个函数模版make_pair,用于快速创建出一个pair对象，使用方式

make_pair("apple","苹果");//调用此函数就返回一个pair对象

在底层，这个函数是这样实现的

template<class T1, class T2>
pair<T1,T2> make_pair(T1 first, T2 second)
{
  	return (pair<T1,T2>(first,second));//本质上还是调用了pair的构造函数
}

2. 树形结构的关联式容器——set

首先还是老样子，挂一下set的使用文档

image-20230512185722599

上述的英文看起来可能对某些同学很吃力，所以我们总结一下

  1. set是按照特定顺序存储唯一元素的容器，里面不会出现重复的内容（可以用来去重）
  2. set虽然是采用了键值对的方式存储数据，但是在set中，key==value，可以对照二叉搜索树中的K模型来看。所以在插入数据时只需要插入value即可，不需要构造键值对。
  3. set中的元素一般是const修饰的，不能被修改，但是可以插入或者删除元素
  4. set中的数据的排序方式是可以自己传入的，默认使用的是仿函数less<T>。
  5. set通常比unordered_set更慢，通过其key访问单个元素，但允许根据其顺序对子集进行直接迭代。
  6. set中查找某个元素的时间复杂度为log2n

1. 模版参数列表

接下来我们来看看set的模版参数列表

image-20230513093220748

第一个参数是其内部存放元素类型，实际在其内部存放的是<value,value>键值对；第二个参数看到是Compare就知道是仿函数啦，这是用来决定set中数据的排序方式的，默认按照小于来排序；Alloc是set中元素空间的管理方式，默认使用STL提供的空间配置器。

2. 默认成员函数

1. 构造函数

image-20230513095109454

set的构造方式就非常简洁，一个默认构造，一个迭代器区间构造，还有一个拷贝构造

void Test1()
{
    set<int> s1;//默认构造
    vector<int> v = {1,3,5,2,6,3,5,1};
    set<int> s2(v.begin(), v.end());//迭代器区间构造
    set<int> s3(s2);//拷贝构造
    cout << "s1:";
    for(auto e : s1)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << "s2:";
    for(auto e : s2)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << "s3:";
    for(auto e : s3)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

image-20230513100128756

2. 析构函数和赋值重载

很显然，在构造set对象的时候有资源申请，所以在析构函数的时候，需要进行资源释放。

析构函数和赋值重载的使用与其他容器非常相似，这里就不赘述了。

3. 迭代器

image-20230513100951008

set迭代器的使用与其他容器的迭代器一样

void Test2()
{
    vector<int> v = {1,3,5,2,6,3,5,1};
    set<int> s(v.begin(), v.end());//使用set存放之后可以去重
    set<int>::iterator it1 = s.begin();
    cout << "正向迭代器：";
    while(it1 != s.end())
    {
        cout <<*it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;
    set<int>::reverse_iterator it2 = s.rbegin();
    cout << "反向迭代器：";
    while (it2 != s.rend())
    {
        cout << *it2 << " ";
        ++it2;
    }
    cout << endl;
}

image-20230513101908799

4.容量相关操作

函数原型说明
bool empty() const;判断set是否为空，如果为空返回true，否则返回flase
size_t size() const;返回容器的数据个数，类型为size_t(unsigned int)
size_t max_size() const;返回容器中最多能够存放的数据个数

5.modify

1.insert

向set中插入一个对象，并且能够保持结构不变，依然符合平衡搜索树

image-20230513121025994

这里注意一下：第一个插入返回的是一个pair类型的对象，其中pair的第一个成员是一个迭代器，其指向的是插入的元素在set中的位置，第二个成员是bool类型，如果成功插入了数据就返回true，若set中已经存在这个数据，就会插入失败，其中的值就是false。

所以这里insert能够做到两个功能：查找和插入。

2.erase

在set中删除一个数据，并且结构保持不变

image-20230513121113366

void Test3()
{
    vector<int> v = {1,3,5,2,6,3,5,1};
    set<int> s(v.begin(), v.end());//使用set存放之后可以去重
    cout << "before insert:";
    auto it1 = s.begin();
    while(it1 != s.end())
    {
        cout <<*it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;
    //insert
    auto a1 = s.insert(4);
    auto a2 = s.insert(4);
    cout << "after insert:";
    it1 = s.begin();
    while(it1 != s.end())
    {
        cout <<*it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;
    cout << "a1:" << *(a1.first) << ":" << a1.second << endl;
    cout << "a2:" << *(a2.first) << ":" << a2.second << endl;
    cout << "---------------------------" << endl;
    s.erase(4);
    cout << "after erase";
    it1 = s.begin();
    while(it1 != s.end())
    {
        cout <<*it1 << " ";
        ++it1;
    }
    cout << endl;
}
image-20230513123204561

3.swap

交换两个set对象，效率比算法库里实现的高

image-20230513121419860

4.clear

清除set对象中所有数据，但是不删除set对象

image-20230513121444821

6.其他操作接口

1.find

查找set中某个元素，并返回迭代器，如果不存在，就返回end()。

image-20230513123541264

2.lower_bound

以传入的值为下限，返回一个迭代器

image-20230513123800339

3.upper_bound

以传入的值为上限，返回一个迭代器

image-20230513123917369

void Test4()
{
    set<int> s;
    for(int i = 1; i < 10; ++i)
        s.insert(10 * i);
    auto it = s.find(30);
    if(it != s.end())
        s.erase(it);
    for(const auto& e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    auto it1 = s.lower_bound(40);
    auto it2 = s.upper_bound(70);//注意，这里返回的是70的下一个位置
    s.erase(it1,it2);//这里的删除的迭代器区间是前闭后开的
    for(const auto& e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}
image-20230513124615330

除了set之外，在set头文件中还包含了一个容器：multisetmultiset使用文档

multiset与set极其相似，唯一的不同点就是multiset支持在内部插入重复的数据。

void Test5()
{
    vector<int> v = {1,3,5,2,6,3,5,1};
    set<int> s(v.begin(), v.end());
    multiset<int> ms(v.begin(), v.end());
    cout << "     set:";
    for(const auto& e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    cout << "multiset:";
    for(const auto& e : ms)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}
image-20230513133733679

这里补充一个在set里面没有介绍的接口:count：计算val在multiset中的个数，也可以用来判断set中是否存在该元素。

image-20230513134156562

3. 树形结构的关联式容器——map

map使用文档

image-20230513134546858

  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key是排序和唯一标识的元素，value中存放的是与key相关的内容，key和value的类型不需要相同；在map中存放的类型不是key也不是value，而是一个pair对象，pair对象中的内容是key和value，在实现上是一个typedef，typedef pair<const key,value> value_type.
  3. 在map内部的元素存放位置严格按照key的强弱顺序排列，强弱顺序的比较规则又仿函数Compare控制，默认的仿函数是less
  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支持下表访问符[]，即通过key访问到value
  6. map的底层是一个平衡搜索树(红黑树)

1. 默认成员函数

image-20230513141202305

image-20230513141248409

image-20230513141316566

默认成员函数和set的用法非常相似，这里就不过多介绍了

2. 迭代器

image-20230513143742429

迭代器的使用方式也是极其相似的，也就不多介绍了，有需要的朋友直接看文档即可

3. 容量与数据访问

函数原型解释
bool empty() const判断map是否为空，如果为空，返回true，否则返回false
size_type size() const返回map中的元素个数，数据类型是size_type(unsigned int)
mapped_type& operator[] (const key_type& k);返回key对应的value，这个value可以被修改

在map中有一个独特的数据访问方式：map中重载了operator[]操作符，可以通过key作为类似下标的方式访问到对应的value

对于这个特性，这里还有一种很新奇的的用法

/统计单词出现次数
vector<string> vs = {"apple", "banana", "apple","orange", "watermelon", "orange", "apple", "watermelon", "watermelon", "apple", "orange", "apple"};
map<string,int> m1;
for(const auto& e : vs)
{
  m1[e]++;
}

🙋当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题?

image-20230513153214546

通过查看文档可知，如果使用的key不在map里面的时候，会自动调用insert函数插入一个key，然后使用value的默认构造创建一个值，构造一个pair对象，然后插入到map中。与其不同的是，at接口遇到这种情况的时候就会抛出异常。

这个原因也就是上面的新奇用法的原理。

void Test6()
{
    vector<string> vs = {"apple", "banana", "apple","orange", "watermelon", "orange", "apple", "watermelon", "watermelon", "apple", "orange", "apple"};
    map<string,int> m1;//默认构造
    for(const auto& e : vs)//统计次数的方式
    {
        m1[e]++;
    }
    map<string,int> m2(m1.begin(), m1.end());//迭代器区间
    map<string,int> m3(m1);//拷贝构造
    m1 = m3;//赋值重载
    cout << "---------------m1---------------" << endl;
    for(const auto& e : m1)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "---------------m2---------------" << endl;
    for(const auto& e : m2)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "---------------m3---------------" << endl;
    for(const auto& e : m3)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
}
image-20230513154028887

4.数据修改

image-20230513153537623

数据的修改部分，只看接口的话，发现和set基本一致，用法之类的也都是一致的，没有什么特殊情况，所以也就不多说了。直接上示例：

void Test7()
{
    map<string, string> dict;
    dict.insert(make_pair("left", "左边"));
    dict.insert(make_pair("right", "右边"));
    dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
    dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
    for(const auto& e : dict)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "------after erase------" << endl;
    dict.erase("insert");
    for(const auto& e : dict)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "------after swap------" << endl;
    map<string, string> dict_swap;
    dict_swap.insert(make_pair("swap", "交换"));
    dict.swap(dict_swap);
    cout << "dict:" << endl;
    for(const auto& e : dict)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "dict_swap:" << endl;
    for(const auto& e : dict_swap)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
    cout << "------after clear------" << endl;
    dict.clear();
    for(const auto& e : dict)
    {
        cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    }
}
image-20230513155359566

5. 其他操作接口

image-20230513155509165

这里的操作接口与set的接口完全一样，就不过多赘述了。

<map>头文件中还包含了multimap这个容器，同样的multimap和map的用法完全基本相同，唯一的区别就是multimap允许重复的key值存在。和set与miltiset的关系一样，有需要的可以去对照上文的set和multiset。

本节完。。。

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