一、关联式容器
在初阶篇中,我们已经接触过STL中的部分容器,比如:vector、list、deque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代表与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,即通过该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义。
STL中关于键值对的定义:
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
3.1set
3.1.1初步认识set
这里先简单介绍一下这个容器:
- 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。
3.1.2了解一下set的相关函数接口
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位置上的数
|
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
|
bool empty ( ) const
|
检测
set
是否为空,空返回
true
,否则返回
true
|
size_type size() const
| 返回set中有效元素的个数 |
(这里set容器的迭代器和构造函数就不做介绍了,用法和其他容器基本一致)
//一些基本的使用和一些注意点
void test()
{
set<int>s;
pair<set<int>::iterator,bool> y = s.insert(12);
//一般用auto代替,但是要记住它的返回类型
//cout << *y.first << endl;//取数据的方式
s.insert(3);
s.insert(4);
s.insert(4);
s.insert(4);
s.insert(1);
s.insert(9);
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
s.erase(2);//如果不存在,则什么都不干
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
int x = s.erase(1);//如果存在,返回删除的元素个数,这个返回值主要是为了multiset服务的
cout << "x:" << x << endl;
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
3.2multiset
3.2.1初步认识multiset
这里先简单介绍一下这个容器:
- 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)。
总结:和set的区别在于multiset能存放重复的数据,而set中的数据都是唯一的
3.2.2了解一下multiset的相关函数接口(set和multiset的函数基本一样)
直接参考上面set的相关函数接口
这里在介绍几个比较有趣函数接口(对set用处不大,主要是为了multiset设计的)
函数接口 | 功能介绍 |
iterator find(const value_type & val) const | 查找 |
size_type count (const value_type& val) const | 计数 |
iterator lower_bound (const value_type& val) const | 找到>=val的第一个数 |
iterator upper_bound (const value_type& val) const | 找到>val的第一个数 |
pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const | 上面两个函数的"集合体" |
void test()
{
multiset<int>s;
s.insert(3);
s.insert(4);
s.insert(4);
s.insert(4);
s.insert(1);
s.insert(9);
s.insert(1);
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
multiset<int>::iterator it = s.find(4);//返回第一个4出现的位置
size_t x = s.count(4);
cout << "x:" << x << endl;
while (it != s.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
multiset<int>::iterator begin = s.lower_bound(4);
multiset<int>::iterator end = s.upper_bound(4);
//pair<multiset<int>::iterator,multiset<int>::iterator> p = s.equal_range(4);
//p.first=begin
//p.second=end
s.erase(begin, end);//删除的区间[begin,end)
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
3.3map
3.3.1初步认识map
这里先简单介绍一下这个容器:
- 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( 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))。
3.3.2了解map的相关函数接口
函数接口 | 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
false
|
size_type size() const
|
返回
map
中有效元素的个数
|
mapped_type& operator[] (const
key_type& k)
|
返回去
key
对应的
value
|
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
中插入
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
|
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
|
//一些基本的使用和一些注意点
void test()
{
map<string, string>mp;
mp.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));//这里插入的时候注意类型
mp.insert(pair<const char*,const char*>("find", "查看"));//这里插入的时候注意类型
//有人可能认为类型不同,为什么能插入?
//这跟pair的拷贝构造函数有关 template<class U, class V> pair (const pair<U,V>& pr);
//可以看出,pair的拷贝构造可以传任意的pair类型,最终能否构造成功,是看U,V是否能转化成first_type和second_type的类型
//而上面的const char*能构造出string,所以能这么写
mp.insert(make_pair("erase", "删除"));//一般用这个函数创建键值对
for (auto& e : mp) {
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//这里重点介绍一下operator[]的用法
/*
* mapped_type& operator[] (const key_type& k)
* {
* auto ret = insert(make_pair(k,mapped_type()));
* //insert函数返回类型位pair<iterator,bool>
* return ret.first->second;
* //return (*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second;
* }
*/
mp["good"] = "好";//插入
mp["find"] = "发现";//修改
for (auto& e : mp) {
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
}
3.4multimap
3.4.1初步认识multimap
简单介绍一下multimap:
- multimap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。
3.4.2了解multimap的相关函数接口
multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的。
注意:multimap容器中没有重载[ ]操作符!!!
这里还有一些接口(map和multimap都有)
函数接口 | 功能介绍 |
iterator find(const value_type & val) const | 查找 |
size_type count (const value_type& val) const | 计数 |
iterator lower_bound (const value_type& val) const | 找到>=val的第一个数 |
iterator upper_bound (const value_type& val) const | 找到>val的第一个数 |
pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const | 上面两个函数的"集合体" |
void test()
{
multimap<string, string>mp;
mp.insert(make_pair("left", "左边"));
mp.insert(make_pair("left", "剩余的"));
mp.insert(make_pair("left", "左边"));
mp.insert(make_pair("apple", "苹果"));
for (auto& e : mp) {
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
}
3.5总结
- set,multiset,map,multimap四个容器底层数据结构都是AVL树(红黑树)
- 函数接口都差不多,注意只有map这个容器有operator[ ]这个函数接口,其他三个都没有
- set和mulitset用于存放单一的数据,map和multimap用于存放<key,val>这样的有关联的一对数据,结合场景,选择适合的容器使用
未完待续 ... ...