C++进阶——map&set的使用

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。

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。
stl源码中的键值对定义：

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)
{}
};

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。

set

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：
6. 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。
7. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
8. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
9. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
10. set中的元素默认按照小于来比较
11. set中查找某个元素，时间复杂度为：logN
12. set中的元素不允许修改(为什么?)
13. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
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提供的空间配置器管理

#include <set>
void TestSet()
{
// 用数组array中的元素构造set
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));
cout << s.size() << endl;
// 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：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;
}

map

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 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))。

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。

【总结】
7. map中的的元素是键值对
8. map中的key是唯一的，并且不能修改
9. 默认按照小于的方式对key进行比较
10. 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
11. map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高
12. 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

multiset

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：
6. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
7. mtltiset的插入接口中只需要插入即可
8. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
9. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
10. multiset中的元素不能修改
11. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为：logN
12. multiset的作用：可以对元素进行排序
    

multimap

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中的接口可以参考map，功能都是类似的。
   注意：
6. multimap中的key是可以重复的。
7. multimap中的元素默认将key按照小于来比较
8. multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?)。
9. 使用时与map包含的头文件相同：