【C++从青铜到王者】第二十篇:STL之set、map、multiset、multimap的初识

你的名字 2022-09-05 04:20 108阅读 0赞

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# 系列文章目录 #

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### 文章目录 ###

*  系列文章目录
 *  前言
 *  一、关联式容器
 *  二、键值对
 *  三、树形结构的关联式容器
 *  四、set的介绍和使用
 *   *   *  1.set的介绍
         *  2.set的使用
         *   *  1. set的模板参数列表
             *  2.set的构造
             *  3.set的容量
             *  4.set的修改操作
             *  5.set的迭代器
 *  五、map的介绍和使用
 *   *   *  1.map的介绍
         *  2.map的使用
         *   *  1.map的模板参数说明
             *  2.map的构造
             *  3.map的迭代器
             *  4.map的容量与元素访问
             *  5.map的修改
 *  六、multiset的介绍和使用
 *   *   *  1.multiset的介绍
         *  2.multiset的使用
 *  七、 multimap的介绍和使用
 *   *   *  1.multimap的介绍
 *  总结

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# 前言 #

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![在这里插入图片描述][d618fe25bd2a4d2ea46bbb5cfbf6ae76.png_pic_left]

# 一、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。**

# 二、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。**

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、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。**

# 四、set的介绍和使用 #

### 1.set的介绍 ###

[set文档][set]

*  set是按照一定次序存储元素的容器。
 *  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。
 *  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**(因此可以使用set进行去重)。**
 *  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：**logN。**
 *  set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

### 2.set的使用 ###

#### 1. set的模板参数列表 ####

![在这里插入图片描述][1d9402f453194b9d8cf9e6c6108bf877.png]

*  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。

#### 2.set的构造 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

void test_set3()
    { 
    	set<int> s;
    	s.insert(5);
    	s.insert(4);
    	s.insert(3);
    	s.insert(6);
    	s.insert(7);
    	s.insert(4);
    	for (auto e : s)
    	{ 
    		cout << e << " ";
    	}
    	cout << endl;
    	set<int> copy(s);
    	for (auto e : copy)
    	{ 
    		cout << e << " ";
    	}
    	cout << endl;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

#### 3.set的容量 ####

![在这里插入图片描述][1dfe8573c65740be8aa528b7d90fce4a.png]

void test_set2()
    { 
    	set<int> s;
    	s.insert(5);
    	s.insert(4);
    	s.insert(3);
    	s.insert(6);
    	s.insert(7);
    	s.insert(4);
    	cout << s.size() << endl;
    	cout << s.empty() << endl;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_11_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

#### 4.set的修改操作 ####

**STL中六大组件中算法的find算法效率是O(N),而set的find接口效率是二叉搜索树，效率为logN。**

#### 5.set的迭代器 ####

void test_set1()
    { 
    	set<int> s;
    	s.insert(5);
    	s.insert(4);
    	s.insert(3);
    	s.insert(6);
    	s.insert(7);
    	s.insert(4);
    
    	set<int>::iterator it = s.begin();
    	while (it != s.end())
    	{ 
    		cout << *it << " ";
    		it++;
    	}
    	cout << endl;
    
    	set<int>::iterator pos1 = s.find(3);
    	if (pos1 != s.end()) //有元素才删除
    	{ 
    		s.erase(pos1);
    	}
    
    	s.erase(5);
    	//s.erase(100);
    
    	set<int>::iterator pos2 = find(s.begin(), s.end(), 7);
    	s.erase(pos2);
    
    	for (auto e : s)
    	{ 
    		cout << e << " ";
    	}
    	cout << endl;
    
    	s.erase(s.begin(), s.end());
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

# 五、map的介绍和使用 #

### 1.map的介绍 ###

[map文档][map]

*  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。
 *  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。**
 *  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key对应的value。
 *   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))。

### 2.map的使用 ###

#### 1.map的模板参数说明 ####

![在这里插入图片描述][e868445928364cd681c4783dfa5314a6.png]

*  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。

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#### 2.map的构造 ####

![在这里插入图片描述][500de672a6fd435c86e7e8d9447d4653.png]

#### 3.map的迭代器 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

void test_map1()
    { 
    	map<int, int> m;
    	m.insert(pair<int, int>(1, 1));
    	m.insert(pair<int, int>(2, 2));
    	m.insert(pair<int, int>(3, 3));
    	m.insert(make_pair(4, 4));
    	map<int, int>::iterator it = m.begin();
    	while (it != m.end())
    	{ 
    		cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
    		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
    		it++;
    	}
    
    	for (auto e : m)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

#### 4.map的容量与元素访问 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能简介</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bool empty ( ) const</td> 
   <td>检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>size_type size() const</td> 
   <td>size_type size() const</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>–</td> 
   <td>–</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>mapped_type&amp; operator[] (constkey_type&amp; k)</td> 
   <td>返回去key对应的value</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

void test_map3()  //第一种方法
    { 
    	string str[] = {  "西瓜", "西瓜", "菠萝", "西瓜", "西瓜", "西瓜", "苹果", "苹果" };
    	map<string, int>countMap;
    	for (auto& e : str)
    	{ 
    		map<string, int>::iterator pos = countMap.find(e);
    		if (pos != countMap.end())
    		{ 
    			pos->second++;
    		}
    		else
    		{ 
    			countMap.insert(pair<string, int>(e, 1));
    		}
    	}
    
    	for (auto e : countMap)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    }
    void test_map4()
    { 
    	string str[] = {  "西瓜", "西瓜", "菠萝", "西瓜", "西瓜", "西瓜", "苹果", "苹果" };
    	map<string, int>countMap;
    	
    	for (auto e : str)
    	{ 
    		countMap[e]++;
    	}
    
    	for (auto e : countMap)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
![在这里插入图片描述][9308d5f474b24e69a147dd489388b35b.png]

#### 5.map的修改 ####

void test_map2()
    { 
    	map<string, string> m;
    
    	m.insert(pair<string, string>("water", "水"));
    	m.insert(pair<string, string>("apple", "苹果"));
    	m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));
    
    	map<string, string>::iterator it = m.begin();
    	while (it != m.end())
    	{ 
    		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
    		it++;
    	}
    
    	cout << m.size() << endl;
    	cout << m.empty() << endl;
    
    	m.erase("apple");
    
    	for (auto e : m)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    	cout << m.size() << endl;
    
    	map<string, string>::iterator pos1 = m.find("banan");
    	if (pos1 != m.end())
    	{ 
    		m.erase(pos1);
    	}
    	for (auto e : m)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    	cout << m.size() << endl;
    
    	//map<string,string>::iterator pos2 = find(m.begin(), m.end(),"water");
    	//m.erase(pos2);
    
    	for (auto e : m)
    	{ 
    		cout << e.first << ":" << e.second << endl;
    	}
    	cout << m.size() << endl;
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

*  **【总结】：**
 *  map中的的元素是键值对。
 *  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(红黑树)，查找效率比较高logN。
 *  支持\[\]操作符，operator\[\]中实际进行插入查找。

# 六、multiset的介绍和使用 #

### 1.multiset的介绍 ###

*  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，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。
 *  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。
 *  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。
 *  **【总结】：**
 *  multiset中再底层中存储的是<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。
 *  使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列。
 *  multiset中的元素不能修改。
 *  在multiset中找某个元素，时间复杂度为logN。
 *  multiset的作用：可以对元素进行排序。

### 2.multiset的使用 ###

**multiset的接口与set相同。**

# 七、 multimap的介绍和使用 #

[multimap文档][multimap]

### 1.multimap的介绍 ###

*  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，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;
 *  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。**

**multimap中没有重载operator\[\]操作(可思考下为什么?)。**

**因为有多个相同的key值，所以不知道返回key值的哪个value。**

# 总结 #

以上就是今天要讲的内容，本文介绍了关联式容器map、set的使用，而关联式容器存储键值数据方便查找匹配数据，提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法，我们务必掌握。另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。

![在这里插入图片描述][91887d8322454ea3bc6c5faca734d42b.gif_pic_center]

[4631b22817bc410ab483d7046b6be965.gif_pic_center]: /images/20220829/96683f901f1a4396b9fcb5b29b075858.png
[d618fe25bd2a4d2ea46bbb5cfbf6ae76.png_pic_left]: /images/20220829/ab9884f56af7485199f5a3414fb495fc.png
[set]: http://www.cplusplus.com/reference/set/set/?kw=set
[1d9402f453194b9d8cf9e6c6108bf877.png]: /images/20220829/c75774f404154e86b30c0f1885d41ccf.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/5dc27771c77349148e3e657b88bd9d6b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/11bb6132f58848d29a6051bd0346d340.png
[1dfe8573c65740be8aa528b7d90fce4a.png]: /images/20220829/81f363e12f344e438e89756b64ec7b21.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_11_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/0d8f20dc5bb24b8a80accd7b26e0a476.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/5ca7ca2ab4b543c5ba88f26791572fd0.png
[map]: http://www.cplusplus.com/reference/map/map/?kw=map
[e868445928364cd681c4783dfa5314a6.png]: /images/20220829/fe1c86b719594d328c95b995e0548e23.png
[500de672a6fd435c86e7e8d9447d4653.png]: /images/20220829/f2115b0b92994b438fcc8770f63294cb.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/5d66b94e88e84a828f6af6f7d2105dff.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]: /images/20220829/baa87b0b6c7a48059f77c99897b92269.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220829/736ae84d7389494c921ad1c1cf550a42.png
[9308d5f474b24e69a147dd489388b35b.png]: /images/20220829/d415619b6c824c0f906ca16c126ed72b.png
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qOu5piO5biu5aSn5LqO6buR6JmO5biu_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]: /images/20220829/cb8c7695c0e34004a169ed717e81f225.png
[multimap]: http://www.cplusplus.com/reference/map/multimap/?kw=multimap
[91887d8322454ea3bc6c5faca734d42b.gif_pic_center]: /images/20220829/154276d6ef08481e91071e5120f7c5d2.png