c++ std::map使用笔记

std::map 是 C++ 标准库中的一个关联容器，用于存储键值对（key-value pairs）。它基于红黑树实现，因此键是唯一的，并且元素会按照键的顺序自动排序。插入、删除和查找操作的时间复杂度均为 (O(\log n))。

以下是 std::map 的简单使用指南：

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1. 包含头文件

首先需要包含 <map> 头文件：

#include <map>
#include <iostream>

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2. 创建和初始化

可以创建一个空的 std::map，或者使用初始化列表进行初始化：

std::map<std::string, int> map1; // 创建一个空的 map
std::map<std::string, int> map2 = {{"Alice", 25},{"Bob", 30},{"Charlie", 35}
}; // 使用初始化列表

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3. 插入元素

使用 insert() 方法或 [] 运算符插入键值对：

map1.insert({"Alice", 25});
map1.insert(std::make_pair("Bob", 30));// 使用 [] 运算符插入或更新值
map1["Charlie"] = 35;
map1["Alice"] = 26; // 更新 Alice 的值

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4. 访问元素

使用 [] 运算符或 at() 方法访问元素：

std::cout << "Alice's age: " << map1["Alice"] << std::endl; // 使用 [] 访问
std::cout << "Bob's age: " << map1.at("Bob") << std::endl; // 使用 at() 访问

注意：[] 运算符会在键不存在时自动插入一个默认值，而 at() 会抛出 std::out_of_range 异常。

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5. 遍历元素

可以使用范围 for 循环或迭代器来遍历 std::map：

// 使用范围 for 循环
for (const auto& pair : map2) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
}// 使用迭代器
for (auto it = map1.begin(); it != map1.end(); ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
}

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6. 查找元素

使用 find() 方法查找元素。如果找到，返回指向该键值对的迭代器；否则返回 end()：

auto it = map2.find("Charlie");
if (it != map2.end()) {std::cout << "Charlie found! Age: " << it->second << std::endl;
} else {std::cout << "Charlie not found!" << std::endl;
}

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7. 删除元素

使用 erase() 方法删除元素：

map2.erase("Bob"); // 删除键为 "Bob" 的元素auto it = map1.find("Alice");
if (it != map1.end()) {map1.erase(it); // 通过迭代器删除元素
}

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8. 其他常用操作

• size()：返回 map 中键值对的数量。
• empty()：检查 map 是否为空。
• clear()：清空 map。
• count()：返回某个键的出现次数（对于 std::map，只能是 0 或 1）。
• lower_bound() 和 upper_bound()：用于范围查找。

if (!map1.empty()) {std::cout << "Map1 size: " << map1.size() << std::endl;
}map1.clear(); // 清空 map// 使用 count 检查键是否存在
if (map2.count("Charlie")) {std::cout << "Charlie exists in map2!" << std::endl;
}// 使用 lower_bound 和 upper_bound
auto low = map2.lower_bound("B"); // 第一个键 >= "B" 的元素
auto high = map2.upper_bound("C"); // 第一个键 > "C" 的元素
std::cout << "Range [B, C]: ";
for (auto it = low; it != high; ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << " ";
}
std::cout << std::endl;

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9. 自定义排序规则

std::map 默认使用 < 运算符对键进行排序。可以通过提供自定义比较函数或函数对象来改变排序规则：

// 使用 greater<string> 实现降序排序
std::map<std::string, int, std::greater<std::string>> map3 = {{"Alice", 25},{"Bob", 30},{"Charlie", 35}
};// 自定义比较函数
struct CaseInsensitiveCompare {bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {return std::tolower(a[0]) < std::tolower(b[0]);}
};std::map<std::string, int, CaseInsensitiveCompare> map4 = {{"apple", 10},{"Banana", 20},{"cherry", 30}
};for (const auto& pair : map4) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
}

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10. 示例代码

以下是一个完整的示例代码：

#include <map>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::map<std::string, int> map = {{"Alice", 25},{"Bob", 30},{"Charlie", 35}};// 插入元素map.insert({"David", 40});map["Eve"] = 45;// 遍历并打印元素std::cout << "Map elements:" << std::endl;for (const auto& pair : map) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;}// 查找元素auto it = map.find("Charlie");if (it != map.end()) {std::cout << "Charlie found! Age: " << it->second << std::endl;}// 删除元素map.erase("Bob");map.erase(it);// 再次遍历并打印元素std::cout << "Map after erase:" << std::endl;for (const auto& pair : map) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;}// 使用 lower_bound 和 upper_boundauto low = map.lower_bound("C");auto high = map.upper_bound("E");std::cout << "Range [C, E]:" << std::endl;for (auto it = low; it != high; ++it) {std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;}return 0;
}

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输出结果：

Map elements:
Alice: 25
Bob: 30
Charlie: 35
David: 40
Eve: 45
Charlie found! Age: 35
Map after erase:
Alice: 25
David: 40
Eve: 45
Range [C, E]:
David: 40
Eve: 45

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总结

std::map 是一个高效的关联容器，适合存储键值对并自动按键排序。它的主要特点包括：

• 键的唯一性。
• 自动按键排序。
• 高效的查找、插入和删除操作（(O(\log n))）。
• 支持自定义排序规则。

如果需要存储重复键，可以使用 std::multimap。