C++入门14——set与map的使用

在本专栏的往期文章中，我们已经学习了STL的部分容器，如vector、list、stack、queue等，这些容器统称为序列式容器，因为其底层是线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。而本篇文章我们要来认识一下关联式容器。

🥇关联式容器

在介绍关联式容器之前，先来回顾一下已经学习的数据结构9——二叉搜索树，在这篇文章中，我们认识了什么是K模型和KV模型：

K模型：只有Key作为关键码，结构中只需要存储Key，关键码即为需要搜索到的值。

KV模型：每一个关键码key，都有与之对应的值Value，即的键值对。

有了这个前提，我们就可以认为：

关联式容器就是KV模型的一种应用，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一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(平衡搜索树是一种二叉搜索树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。

🥇set

🥈set的官网介绍

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。

🥈set的使用

🥉插入

int main()
{
	set<int> s;
	//1.插入
	s.insert(8);
	s.insert(1);
	s.insert(7);
	s.insert(13);
	s.insert(6);
	s.insert(3);
	s.insert(5);
	s.insert(9);
	s.insert(14);
	s.insert(9);
	return 0;
}

🥉遍历

int main()
{
	set<int> s;
	//1.插入
	s.insert(8);
	s.insert(1);
	s.insert(7);
	s.insert(13);
	s.insert(6);
	s.insert(3);
	s.insert(5);
	s.insert(9);
	s.insert(14);
	s.insert(9);
	//2.迭代器遍历
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	//3.范围for遍历
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

🥉查找

//4.查找
	set<int>::iterator pos = s.find(14);
	if (pos != s.end())
	{
		cout << "已找到" << endl;
	}

🥉删除

//5.删除
	//①   用此方法删除，目标值存在就删除，不存在不做任何处理
	s.erase(2);
	s.erase(1);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//②   用此方法删除，目标值存在就删除，不存在会程序报错
	pos = s.find(8);
	s.erase(pos);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	pos = s.find(1);
	s.erase(pos);

🥉lower_bound与upper_bound

//6.lower_bound与upper_bound	3 5 6 7 9 13 14
	auto start = s.lower_bound(3);  //lower_bound返回的值：>=val
	cout << *start << endl;

	auto finish = s.upper_bound(7); //upper_bound的返回值：>val
	cout << *finish << endl;
    //找区间[3,7]
	//while (start != finish)
	//{
	//	cout << *start << " ";
	//	++start;
	//}
	//cout << endl;
	//删除区间[3,7]
	s.erase(start, finish);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

🥈set小结

①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；

②set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对；

③set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)；

④使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列；

⑤set中的元素默认按照小于来比较；

⑥set中查找某个元素，时间复杂度为：log_2 n；

⑦set中的元素不允许修改(因为修改之后不能保证二叉搜索树的有序性)；

⑧set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

🥇multiset

🥈multiset的官网介绍

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)。

🥈multiset的使用

multiset的使用与set的使用大致相同，下面演示区别较大的地方：

🥉插入

int main()
{
	multiset<int> s;
	//1.插入
	s.insert(8);
	s.insert(1);
	s.insert(7);
	s.insert(13);
	s.insert(6);
	s.insert(3);
	s.insert(5);
	s.insert(9);
	s.insert(14);
	s.insert(9);
	s.insert(9);
	s.insert(9);
	s.insert(9);

	multiset<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

也就是说，set用来去重+排序，multiset用来排序！

🥉计数

//序列有几个9
cout << s.count(9) << endl;

🥉查找

 当序列中有多个重复的值时，multiset的find返回中序遍历的第一个数！

//3.查找
	it = s.find(9);
	while (it != s.end() && *it == 9)
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

🥈multiset小结

①multiset中在底层中存储的是的键值对；

②mtltiset的插入接口中只需要插入即可；

③与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set中value是唯一的；

④使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列；

⑤multiset中的元素不能修改；

⑥在multiset中找某个元素，时间复杂度为O(log_2 N)；

⑦multiset的作用：可以对元素进行排序。

🥇map

🥈map的官网介绍

1. map是关联式容器，它是按照特定的次序(按照key来比较)存储，是由键值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 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))。

🥈map的使用

🥉插入

//1.插入
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("pear", "梨"));

	//pair<string, string> kv("peach", "桃子");
	pair<string, string> kv = { "peach", "桃子" };
	dict.insert(kv);

	//C++11 多参数隐式类型转换（构造函数）
	dict.insert({ "apple", "苹果" });

	//C++98
	dict.insert(make_pair("banana", "香蕉"));
    dict.insert(make_pair("banana", "香蕉2"));

🥉遍历

//2.遍历
	//①迭代器遍历
	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		//cout << *it << endl;
		//cout << (*it).first << (*it).second << endl;
		cout << it->first << it->second << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
	//②范围for遍历
	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;

结果如图：

由打印结果可知：

map的遍历顺序并不是按照插入顺序遍历的，而是按照ASCII码表的顺序遍历的；

map与set相似，插入的key相同，value不同，不会插入也不会更新。

🥉计数+[ ]的使用

 ①：

//①
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
"苹果", "香蕉", "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e : arr)
	{
		map<string, int>::iterator it = countMap.find(e);
		if (it != countMap.end())
		{
			it->second++;
		}
		else
		{
			countMap.insert(make_pair(e, 1));
		}
	}
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;

结果如图：

②：

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

详解会体现在代码里：

//②
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
"苹果", "香蕉", "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e : arr)
	{
		pair<map<string, int>::iterator, bool> ret;
		ret = countMap.insert(make_pair(e, 1));
		//insert的返回值类型为pair
		//而insert的返回值类型pair的第一个参数为iterator，第二个参数为bool

		//若“e”已经存在，则插入失败，insert返回该“e”所在位置的迭代器和false
		//若“e”不存在，则插入成功，insert返回新插入元素所在位置的迭代器和true

		//而insert的返回值-迭代器解引用得到的也是pair类型，此pair类型的第一个参数为key，第二个参数为value

		//也可以理解为：insert的返回值为(kv,bool)，kv的返回值为(k，v)
		if (ret.second == false)//ret的first是kv，second是bool
		{
			ret.first->second++;//first是kv，second是v
		}
	}
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;

 上一段代码简单介绍map的 [ ] 是如何实现的：

V& operator[](const K& key)
{
	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(key, V()));
	return ret.first->second;
}

那么②的代码就可以简写为：

//②--->③
	string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜",
"苹果", "香蕉", "苹果", "西瓜", "香蕉", "草莓" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& e : arr)
	{
		countMap[e]++;
	}
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;

 结果如图：

[]总结： 

 所以[]又兼具：

①插入；②查找；③修改；④插入+修改

int main()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("apple", "苹果"));
	dict.insert(make_pair("pear", "梨"));
	//插入
	dict["插入"];
	//查找
	cout << dict["pear"] << endl;
	//修改
	dict["apple"] = "大苹果";
	//插入+修改
	dict["pear2"] = "梨2";

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	return 0;
}

🥈map小结

①map中的的元素是键值对；

②map中的key是唯一的，并且不能修改；

③默认按照小于的方式对key进行比较；

④map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列；

⑤map的底层为平衡搜索树(红黑树)，查找效率比较高O(log_2 N)；

⑥支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

🥇multimap

🥈multimap的官网介绍

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，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 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。

🥈multimap的使用

 multimap与map类似，不同点是，multimap支持冗余：

    multimap<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("banana", "香蕉"));
	dict.insert(make_pair("banana", "香蕉2"));
	dict.insert(make_pair("peach", "桃子"));
	dict.insert(make_pair("peach", "桃子2"));
	dict.insert(make_pair("pear", "梨"));
	dict.insert(make_pair("apple", "苹果"));
	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	cout << endl;

结果如图：

🥈multimap小结

①multimap中的key是可以重复的；

② multimap中的元素默认将key按照小于来比较；

③multimap中没有重载operator[]操作(同学们可思考下为什么?)；

④使用时与map包含的头文件相同。