【STL详解 —— map和set的使用】

STL详解 —— map和set的使用

  • 关联式容器
  • 键值对
  • set
    • set的介绍
    • set的使用
      • set的模板参数列表
      • set的构造
      • set的迭代器
      • set的容量
      • set的修改操作
  • map
    • map的介绍
    • map的使用
      • map的模板参数列表
      • map的构造
      • map的迭代器
      • map的容量与元素访问
      • map中元素的修改
  • multiset
  • multimap

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:vectorlistdeque
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。


一般的序列式容器有:

容器名特性
vector动态数组,能够高效地进行随机访问。扩展数组大小时可能需要重新分配内存。
deque双端队列,支持在两端快速插入和删除元素。
list双向链表,适合频繁的插入和删除操作,但是不支持随机访问

一般的序列是容器有:

容器名特性
set存储唯一的元素,自动排序,使用红黑树实现。
map存储键值对,键是唯一的,自动排序,使用红黑树实现。
multiset允许存储重复元素,自动排序,使用红黑树实现。
multimap存储键值对,键和值都可以重复,自动排序,使用红黑树实现。

此为,C++11还引入了无序关联式容器

容器名特性
unordered_set存储唯一的元素,不保证顺序,使用哈希表实现。
unordered_multiset允许存储重复元素,不保证顺序,使用哈希表实现。
unordered_map存储键值对,键是唯一的,不保证顺序,使用哈希表实现。
unordered_multimap存储键值对,键和值都可以重复,不保证顺序,使用哈希表实现。

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keyvalue,key代表键值,value表示与key对应的信息。

比如:在中英字典中,每一个单词有其对应的翻译,其是一一对应的,此时key即为单词,value为单词对应的翻译。

在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;// 默认构造函数pair() : first(T1()), second(T2()){}// 带参数的构造函数pair(const T1& a, const T2& b) : first(a), second(b){}
};

这里的pair是一个模板结构,需要两个类型参数,T1和T2,通过typedef来定义两个别名,并通过T1,T2来定义成员变量first second 。带参的构造函数使在创建pair对象的时候直接赋值。

set

set的介绍

  1. set是按照一定次序存储元素的容器。
  2. 默认情况下,std::set 使用 std::less 作为比较函数,这意味着它会使用小于运算符(<)来比较元素。用户可以提供自己的比较函数对象,以自定义排序方式。
  3. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
  4. 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。
  5. set在底层是用平衡搜索树(红黑树)实现的,所以在set当中查找某个元素的时间复杂度为 log ⁡ n \log_{} n logn

set的使用

set的模板参数列表

template<class Key,class Compare = std::less<Key>,class Allocator = std::allocator<Key>> class set;

Key: 描述:表示 set 中存储的元素类型。示例:如果你想存储整数,可以使用
set <int>;如果你想存储字符串,可以使用set <string>

Compare(默认为 std::less):
描述:一个函数对象,用于元素的排序准则。默认情况下,使用 std::less<Key> 进行排序,即按升序排序

Allocator(默认为 std::allocator<Key>):
描述:定义了分配器,用于管理 set 中元素的内存分配。默认情况下,使用标准的 std::allocator<Key>

set的构造

构造1:

explicit set (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());

空容器构造函数 也是默认构造函数,构造一个空容器,没有任何元素。

构造2:

template <class InputIterator>set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());

范围构造函数:构造一个容器,包含从[first,last)范围内的元素,每个元素都是从该范围中的对应元素构造的。

构造3

set (const set& x);

拷贝构造函数:构造一个容器,包含x中每个元素的拷贝。

容器内部保留了 alloc 和 comp 的副本,这些副本用于在其生命周期内分配存储和排序元素。拷贝构造函数(3)创建一个容器,并保留和使用 x 的分配器和比较对象的副本。元素的存储空间是使用这个内部分配器分配的。

set的迭代器

函数说明功能介绍
iterator begin()返回set中起始位置元素的选代器
iterator end()返回set中最后一个元素后面的送代器
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送代器
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选代器,即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() constcrbegin() 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
#include <iostream>
#include <set>
int main()
{int myints[] = { 75,23,65,42,13 };std::set<int> myset(myints, myints + 5);std::cout << "myset contains:";for (std::set<int>::iterator it = myset.begin(); it != myset.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';return 0;
}

set的容量

empty()

bool empty() const;

检测set中的元素是否为空,空返回true,否则false.

// set::empty
#include <iostream>
#include <set>int main ()
{std::set<int> myset;myset.insert(20);myset.insert(30);myset.insert(10);std::cout << "myset contains:";while (!myset.empty()){std::cout << ' ' << *myset.begin();myset.erase(myset.begin());}std::cout << '\n';return 0;
}//myset contains: 10 20 30

size()

返回set中有效元素的个数

// set::size
#include <iostream>
#include <set>int main ()
{std::set<int> myints;std::cout << "0. size: " << myints.size() << '\n';for (int i=0; i<10; ++i) myints.insert(i);std::cout << "1. size: " << myints.size() << '\n';myints.insert (100);std::cout << "2. size: " << myints.size() << '\n';myints.erase(5);std::cout << "3. size: " << myints.size() << '\n';return 0;
}//0. size: 0
//1. size: 10
//2. size: 11
//3. size: 10

set的修改操作

1.insert

pair<iterator,bool> insert const value_type& x)

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xset中已经存在,返回 <x在set中的位置,false>

2.erase

1. void erase (iterator position)
2. size_type erase ( constkey_type& x)
3. void erase ( iterator first,iterator last )

1. 删除set中position位置上的元素
2. 删除set中值为x的元素,返回删除的元素的个数
3. 删除set中[first,last)区间中的元素

// erasing from set
#include <iostream>
#include <set>int main ()
{std::set<int> myset;std::set<int>::iterator it;// insert some values:for (int i=1; i<10; i++) myset.insert(i*10);  // 10 20 30 40 50 60 70 80 90it = myset.begin();++it;                        // "it" points now to 20myset.erase (it);myset.erase (40);it = myset.find (60);myset.erase (it, myset.end());std::cout << "myset contains:";for (it=myset.begin(); it!=myset.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';return 0;
}//myset contains: 10 30 50

3.swap()

void swap (set<Key,Compare,Allocator>&st);

交换set中的元素

4.clear()

void clear ()

将set中的元素清空

5.find()

iterator find (constkey_type& x) const

返回set中值为x的元素的位置

// set::find
#include <iostream>
#include <set>int main ()
{std::set<int> myset;std::set<int>::iterator it;// set some initial values:for (int i=1; i<=5; i++) myset.insert(i*10);    // set: 10 20 30 40 50it=myset.find(20);myset.erase (it);myset.erase (myset.find(40));std::cout << "myset contains:";for (it=myset.begin(); it!=myset.end(); ++it)std::cout << ' ' << *it;std::cout << '\n';return 0;
}//myset contains: 10 30 50

6.count()

size_type count ( constkey_type& x) const*

返回set中值为x的元素的个数


#include <set>
void TestSet()
{// 用数组array中的元素构造setint 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[0]));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

map的介绍

  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通常用于排序和唯一地标识元素,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. map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢.
  4. 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。

map的使用

map的模板参数列表

在这里插入图片描述

  1. key: 键值对中key的类型
  2. T: 键值对中value的类型
  3. 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)
  4. 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

map的构造

explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());

空容器构造函数(默认构造函数) 构造一个空的map对象,没有元素。

template <class InputIterator>map (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());

范围构造函数
构造一个容器,包含从范围 [first, last) 中的所有元素,每个元素由该范围中对应的元素构造

map (const map& x);

拷贝构造函数
构造一个容器,其中包含 x 中每个元素的副本。

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()反向选代器,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

map的容量与元素访问

1.empty()

bool empty () const

检测map中的元素是否为空,是返回true,否则返回false

// map::empty
#include <iostream>
#include <map>int main ()
{std::map<char,int> mymap;mymap['a']=10;mymap['b']=20;mymap['c']=30;while (!mymap.empty()){std::cout << mymap.begin()->first << " => " << mymap.begin()->second << '\n';mymap.erase(mymap.begin());}return 0;
}//a => 10
//b => 20
//c => 30

2.size()

size_type size() const

返回map中有效元素的个数

// map::size
#include <iostream>
#include <map>int main ()
{std::map<char,int> mymap;mymap['a']=101;mymap['b']=202;mymap['c']=302;std::cout << "mymap.size() is " << mymap.size() << '\n';return 0;
}//mymap.size() is 3

3.operator []

mapped _type& operator[] (constkey_type& k)

返回去key对应的value

map中元素的修改

函数声明功能简介
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代表释放插入成功
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,找到返回该元素的位置的迭代器,否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x) const在map中插入key为x的元素,找到返回该元素的位置的const选代器,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,注意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

multiset

在这里插入图片描述
总结来说,set 适用于需要唯一元素的情况,而 multiset 则适用于需要存储多个相同元素的情况。

multimap

在这里插入图片描述
总结来说,map 适用于需要唯一键值对的情况,而 multimap 则适用于需要存储多个相同键的情况。

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