目录
- 一、什么是关联式容器及树形结构的关联式容器
- 二、键值对
- 三、set
- 1、什么是set
- 2、set的使用
- 1）set的模版参数列表
- 2）set的构造
- 3）set的迭代器
- 4）set的容量
- 5）set的修改操作
- 3、multiset的介绍及使用
- 四、map
- 1、什么是map
- 2、map的使用
- 1）map的模版参数说明
- 2）map的构造
- 3）map的迭代器
- 4）map的容量与元素访问
- 5）map的元素修改
- 3、multimap的介绍及使用
一、什么是关联式容器及树形结构的关联式容器
在STL中的部分容器，比如：vector、list、deque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。
而关联式容器也是用来存储数据的，但是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。
根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同的结构的管理式容器：树形结构和哈希结构。
树形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：都是使用平衡搜索树（即红黑树）作为其底层，容器中的元素是一个有序的序列。
二、键值对
键值对是用来表示具有一 一对应关系的一种结构，该结构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：英汉互译，其中英文单词与其中文含义都有一一对应的关系，即可以通过该单词，可以找到与之对应的中文含义
SGI-STL中关于键值对的定义如下：
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)
{}
};
三、set
1、什么是set
- set是按照一定次序存储元素的容器
- 在set中，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（元素始终是const），但是可以从容器中插入或删除它们。
- 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。
- 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。
- 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中只存放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set也可以去重。
- 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： O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)。
- set中的元素不允许修改，因为set的底层是二叉搜索树，修改了set中的元素，可能会破坏搜索的规则
- set中的底层是用二叉搜索树（红黑树）实现的。
2、set的使用
1）set的模版参数列表
T：set中存放元素的类型，实际在底层存储的是<value,value>的键值对
Compaer：set中元素的比较方式，默认是按照小于来比较
Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器来管理
2）set的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| set (const compare& comp = compare(), const allocator& alloc = 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 |
| set (const set& x); | set的拷贝构造 |
代码演示：
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;
struct Greater {
bool operator() (const int& p1, const int& p2) const
{
return p1 > p2;
}
};
int main()
{
set<int> s1;
int arr1[] = { 10,20,30,40,50 };
set<int> s2(arr1, arr1 + 5);
for (auto s : s2)
{
cout << s << " ";
}
cout << endl;
set<int> s3(s2);
set<int> s4(s3.begin(), s3.end());
//写个仿函数，自定义比较方式
set<int, Greater> s5{ 1,5,4,8,7,9,3 };
for (auto s : s5)
{
cout << s << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果：
3）set的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| iterator begin() | 返回set中起始位置的迭代器 |
| iterator end() | 返回set中最后一个元素后面一个的迭代器 |
| 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一个的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 |
代码演示：
void Test()
{
int arr1[] = { 10,20,30,40,50 };
set<int> s1(arr1, arr1 + 5);
// 使用迭代器逆向打印set中的元素
auto it = s1.rbegin();
while (it != s1.rend())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
运行结果：
4）set的容量
| 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false |
| size_type size() const | 返回set中有效元素的个数 |
代码演示：
void Test()
{
set<int> s1{ 10,20,30,40,50 };
cout << s1.size() << endl;
while (!s1.empty())
{
cout << *s1.begin() << " ";
s1.erase(s1.begin());
}
cout << endl;
}
运行结果：
5）set的修改操作
| 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，lasr)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，实际上set容器中的所以元素都是唯一的，所以该函数只能返回1或者0 |
代码演示：
void Test()
{
// 排序 + 去重
set<int> s1;
s1.insert(3);
s1.insert(1);
s1.insert(4);
s1.insert(2);
s1.insert(1);
s1.insert(2);
s1.insert(2);
for (auto s : s1)
{
cout << s << " ";
}
cout << endl;
// set中值为2的元素出现了几次
cout << s1.count(2) << endl;
}
运行结果：
3、multiset的介绍及使用
- 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。
- 在multiset中，本身存储的是<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。
- 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。
- multiset容器通过key访问单个元素的速度通常unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
- multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
注意：
- multiset中在底层存储的是<value, value>的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
- multiset中的元素不能修改
- 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)
- multiset的作用：可以对元素进行排序
其他接口与set相同，可参考set，代码演示：
void Test()
{
// 注意：multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
multiset<int> s{ 1,2,5,2,4,8,9,6,3,7,0,5,9 };
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
运行结果：
四、map
1、什么是map
- map是关联容器，它是按照特定的次序（按照key来比较）存储有键值key和值value组合而成的元素。
- 在map中，键值key通常用于排序和唯一标识，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和value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名为pair：typedef pair<const Key, T> value_type;
- 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
- 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）。
- map支持下标访问符，即在[]中放入key，就可以找到与之对应的value。
- map通常被实现为二叉搜索树（跟准确的说是平衡二叉搜索树（红黑树））
2、map的使用
1）map的模版参数说明
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
2）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 (const map& x); | map的拷贝构造 |
代码演示：
void Test()
{
map<string, string> m;
// 向map中插入元素的方式：
// 将键值对<"peach","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<"banan","香蕉">插入map中，用make_pair直接来构造键值对
m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));
for (auto s : m)
{
cout << s.first << " : " << s.second << endl;
}
}
运行结果：
3）map的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| begin()和end() | begin：首元素的位置，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++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 |
4）map的容量与元素访问
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| bool empty ( ) const | 检测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key与之对应的value |
注意：
- operator[]的原理是：用<key, T()>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。
- 在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()函数，都是通过key找到与key对应的value，然后返回器引用，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，返回该默认的value，而at()函数则直接抛异常。
代码演示：
void Test()
{
map<string, string> m;
// 借用operator[]向map中插入元素
// 将<"Journey", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“西游记”赋值给该引用结果
m["Journey"] = "西游记";
m["Dream"] = "红楼梦";
//m.at("Outlaws") = "水浒传"; // key不存在时抛异常
cout << m.size() << endl;
for (auto s : m)
{
cout << s.first << " : " << s.second << endl;
}
}
运行结果：
5）map的元素修改
| 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<Key, T, Compare,Allocator>& mp ) | 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，实际上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 |
代码演示：
void Test()
{
map<string, string> m;
m["Journey"] = "西游记";
m["Dream"] = "红楼梦";
// map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
auto ret = m.insert(make_pair("Dream", "红楼梦"));
if (ret.second)
{
cout << "<Dream, 红楼梦>不在map中, 已经插入" << endl;
}
else
{
cout << "键值为Dream的元素已经存在：";
cout << ret.first->first << " : " << ret.first->second << endl;
cout << "插入失败" << endl;
}
// 删除key为"Journey"的元素
m.erase("Journey");
if (1 == m.count("Journey"))
cout << "Journey还在" << endl;
else
cout << "Journey不在了" << endl;
}
运行结果：
注意：
- 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（即红黑树），查找效率比较高
- 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。
3、multimap的介绍及使用
- 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
- 在multimap中，键值key通常用于排序和唯一标识，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;
- 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。
- 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
- 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。
其他接口与set相同，可参考set，代码演示：
multimap<string, string> m;
m.insert(pair<string, string>("Dream", "红楼梦"));
m.insert(pair<string, string>("Dream", "红楼梦"));
m.insert(pair<string, string>("Journey", "西游记"));
m.insert(pair<string, string>("Journey", "红楼梦"));
for (auto s : m)
{
cout << s.first << " : " << s.second << endl;
}
运行结果：
注意：
- 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。
