【C++标准模版库】unordered_map和unordered_set的介绍及使用

一.unordered_set

1.unordered_set类的介绍

1. unordered_set的声明如下，Key就是unordered_set底层关键字的类型。

2. unordered_set默认要求Key支持转换为整形，如果不支持或者想按自己的需求走可以自行实现支持将Key转成整形的仿函数传给第⼆个模板参数。

3. unordered_set默认要求Key支持比较相等，如果不支持或者想按自己的需求走可以自行实现支持将Key比较相等的仿函数传给第三个模板参数。

4. unordered_set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果需要可以自己实现内存池，传给第四个参数。

5. 一般情况下，我们都不需要传后三个模板参数。

6. unordered_set底层是用哈希桶实现，增删查平均效率是O(1) ，迭代器遍历不再有序，为了跟set
   区分，所以取名unordered_set。

7. set和unordered_set的功能高度相似，只是底层结构不同，有一些性能和使用的差异，这里只讲他们的差异部分。

2.unordered_set和set的使用差异

unordered_set文档

1. 查看文档我们会发现unordered_set的支持增删查且跟set的使用一模一样，关于使用我们这里就不再赘述和演示了。

2. unordered_set和set的第一个差异是对key的要求不同，set要求Key支持小于比较，而unordered_set要求Key支持转成整形且支持等于比较，要理解unordered_set的这个两点要求得后续我们结合哈希表底层实现才能真正理解，也就是说这本质是哈希表的要求。

3. unordered_set和set的第⼆个差异是迭代器的差异，set的iterator是双向迭代器，unordered_set是单向迭代器，其次set底层是红黑树，红黑树是⼆叉搜索树，走中序遍历是有序的，所以set迭代器遍历是有序+去重。而unordered_set底层是哈希表，迭代器遍历是无序+去重。

int main()
{
	//迭代器遍历有序+去重
	set<int> s = { 5,4,2,6,8,5,6,9,7,4,2,3,1 };
	set<int>::iterator sit = s.begin(); //双向迭代器
	while (sit != s.end())
	{
		cout << *sit << " "; //1 2 3 4 5 6 7 8 9
		++sit;
	}
	cout << endl;

	//迭代器遍历无序+去重
	unordered_set<int> us = { 5,4,2,6,8,5,6,9,7,4,2,3,1 };
	unordered_set<int>::iterator usit = us.begin(); //单向迭代器
	while (usit != us.end())
	{
		cout << *usit << " "; //5 4 2 6 8 9 7 3 1
		++usit;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

4. unordered_set和set的第三个差异是性能的差异，整体而言大多数场景下，unordered_set的增删
   查改更快一些而更常用，因为红黑树增删查改效率是O(logN) ，而哈希表增删查平均效率是O(1) ，O(logN) 与O(1)差距不大。具体可以参看下面代码的演示的对比差异。

void test_set()
{
	const size_t N = 1000000;
	unordered_set<int> us;
	set<int> s;
	vector<int> v;
	v.reserve(N);
	srand(time(0));
	for (size_t i = 0; i < N; ++i)
	{
		//v.push_back(rand()); //N比较大时，重复值比较多
		v.push_back(rand() + i); //重复值相对少
		//v.push_back(i); //没有重复，有序
	}

	size_t begin1 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.insert(e);
	}
	size_t end1 = clock();
	cout << "set insert：" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "set插入数据个数：" << s.size() << endl << endl;

	size_t begin2 = clock();
	us.reserve(N);
	for (auto e : v)
	{
		us.insert(e);
	}
	size_t end2 = clock();
	cout << "unordered_set insert：" << end2 - begin2 << endl;
	cout << "unordered_set插入数据个数：" << s.size() << endl << endl;

	int m1 = 0;
	size_t begin3 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		auto ret = s.find(e);
		if (ret != s.end())
		{
			++m1; //找到：次数+1
		}
	}
	size_t end3 = clock();
	cout << "set find：" << end3 - begin3 << " -> " << m1 << endl;

	int m2 = 0;
	size_t begin4 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		auto ret = us.find(e);
		if (ret != us.end())
		{
			++m2; //找到：次数+1
		}
	}
	size_t end4 = clock();
	cout << "unorered_set find：" << end4 - begin4 << " -> " << m2 << endl << endl;

	size_t begin5 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.erase(e);
	}
	size_t end5 = clock();
	cout << "set erase:" << end5 - begin5 << endl;

	size_t begin6 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.erase(e);
	}
	size_t end6 = clock();
	cout << "unordered_set erase：" << end6 - begin6 << endl << endl;
}

int main()
{
	test_set();

	return 0;
}

二.unordered_map

1.unordered_map和map的使用差异

1. 查看文档我们会发现unordered_map的支持增删查且跟map的使用一模一样，关于使用我们这里就不再赘述和演示了。

2. unordered_map和map的第一个差异是对key的要求不同，map要求Key支持小于比较，而
   unordered_map要求Key支持转成整形且⽀持等于比较，要理解unordered_map的这个两点要求
   得后续我们结合哈希表底层实现才能真正理解，也就是说这本质是哈希表的要求。

3. unordered_map和map的第⼆个差异是迭代器的差异，map的iterator是双向迭代器，
   unordered_map是单向迭代器，其次map底层是红黑树，红黑树是⼆叉搜索树，走中序遍历是有
   序的，所以map迭代器遍历是Key有序+去重。而unordered_map底层是哈希表，迭代器遍历是
   Key无序+去重。

4. unordered_map和map的第三个差异是性能的差异，整体而言大多数场景下，unordered_map的
   增删查改更快一些，因为红黑树增删查改效率是O(logN) ，而哈希表增删查平均效率是O(1)。

三.unordered_multimap/unordered_multiset

1. unordered_multimap/unordered_multiset跟multimap/multiset功能完全类似，支持Key冗余。
2. unordered_multimap/unordered_multiset跟multimap/multiset的差异也是三个方面的差异，key的要求的差异，iterator及遍历顺序的差异，性能的差异。
3. multi版本由于Key冗余，所以不支持operator []。

int main()
{
	unordered_map<string, string> dict1;
	dict1.insert({ "left", "向左" });
	dict1.insert({ "left", "离开" }); //插入失败
	dict1.insert({ "left", "留下" }); //插入失败

	unordered_multimap<string, string>::iterator it1 = dict1.begin();
	while (it1 != dict1.end())
	{
		cout << it1->first << "：" << it1->second << endl;
		++it1;
	}
	cout << endl;

	unordered_multimap<string, string> dict2;
	dict2.insert({ "left", "向左" });
	dict2.insert({ "left", "离开" }); //插入成功
	dict2.insert({ "left", "留下" }); //插入成功

	unordered_multimap<string, string>::iterator it2 = dict2.begin();
	while (it2 != dict2.end())
	{
		cout << it2->first << "：" << it2->second << endl;
		++it2;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

四.unordered_map/unordered_set的哈希相关接口

Buckets和Hash policy系列的接口分别是跟哈希桶和负载因子相关的接口，日常使用的角度我们不需
要太关注，需要结合哈希表底层，才能明白。