set和map的介绍及使用
小杨
一、关联式容器
像vector、list、deque等统称为序列式容器,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。
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。
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。
e.g: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,即通过该英文单词,在词典中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
根据应用场景的不同,STL总共实现了两种不同结构的管理式容器:树形结构与哈希结构。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。
1.set的介绍
- 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。
2.set的使用
-
set的模版参数列表
template < class T, // set::key_type/value_type class Compare = less, // set::key_compare/value_compare class Alloc = allocator // set::allocator_type > class set;T:set中存放元素的类型,实际在底层中存储<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 -
set的构造
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
set (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 构造空的set |
template set (InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 用[first, last)区间中的元素构造set |
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x); | set的拷贝构造 |
- set的迭代器
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
iterator begin() | 返回set中起始位置元素的迭代器 |
iterator end() | 返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
const_iterator cbegin() | 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迭代器 |
reverse_iterator rbegin() | 返回set第一个元素的反向迭代器 |
reverse_iterator rend() | 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器 |
const_reverse_iterator crbegin() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器 |
const_reverse_iterator crend() const | 返回set最后一个位置的反向const迭代器 |
- 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 |
- set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, last)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 |
- set的使用
set<int> s1;//构造空的set
int arr[] = { 5,3,7,9,1 };
set<int> s2(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));//迭代器区间构造
set<int> s3(s2);//拷贝构造cout << s2.empty() << endl;//检测set是否为空 0
cout << s2.size() << endl;//返回set中有效元素的个数 5s3.insert(2);//插入元素
cout<<s3.erase(2);//删除元素 1
cout << endl;
s1.swap(s2);//交换两个set中的元素
for (auto& e : s1) cout << e << " ";//1 3 5 7 9
cout << endl;s1.clear();//将set中的元素清空
for (auto& e : s1) cout << e << " ";
cout << endl;for (auto it = s3.begin(); it != s3.end(); ++it) cout << *it << " ";//1 3 5 7 9
1.map的介绍
- 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; - 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
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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。
注意:在使用map时,需要包含头文件。 -
map的构造
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
map() | 构造一个空的map |
- map的迭代器
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
iterator begin() | 返回set中起始位置元素的迭代器 |
iterator end() | 返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
const_iterator cbegin() | 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迭代器 |
reverse_iterator rbegin() | 返回set第一个元素的反向迭代器 |
reverse_iterator rend() | 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器 |
const_reverse_iterator crbegin() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器 |
const_reverse_iterator crend() const | 返回set最后一个位置的反向const迭代器 |
- 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flase |
size_t type size() const | 返回map中有效元素的个数 |
mapped_type& operator[] (const key_type& k); | 返回key对应的value |
问题:当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题?
注意:在元素访问时,有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数,都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用,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value,at()函数直接抛异常。
- map中元素的修改
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中查找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中查找key为x的元素,找到返回该元素的位置的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,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 |
- map的应用举例
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<"peach","桃子">插入map中,用make_pair函数来构造键值对m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));// 借用operator[]向map中插入元素//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// 将<"apple", "">插入map中,插入成功,返回value的引用,将“苹果”赋值给该引用结果,m["apple"] = "苹果";// key不存在时抛异常
//m.at("waterme") = "水蜜桃";cout << m.size() << endl;//3// 用迭代器去遍历map中的元素,可以得到一个按照key排序的序列for (auto& e : m)cout << e.first << "--->" << e.second << endl;//apple--->苹果//banan--->香蕉//peach--->桃子cout << endl;// 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("peach", "桃色"));if (ret.second)cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;elsecout << "键值为peach的元素已经存在:" << ret.first->first << "--->"//键值为peach的元素已经存在:peach--->桃子 插入失败<< ret.first->second << " 插入失败" << endl;// 删除key为"apple"的元素m.erase("apple");if (1 == m.count("apple"))cout << "apple还在" << endl;elsecout << "apple被吃了" << endl;//apple被吃了
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O(log_2 N)
- 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。
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底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
注意:
- multiset中在底层中存储的是<value, value>的键值对
- multiset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O(log_2 N)
- multiset的作用:可以对元素进行排序
multiset基本与set相同.
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排序和唯一地标识元素,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基本上与map类似,比较不同的是以下几点:
- 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(同学们可思考下为什么?)。
- 使用时与map包含的头文件相同: