C++ map和set的使用

关联式容器

vector、list、deque统称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，存储的是元素本身
侧重于单纯的存储数据

关联式容器也是用来存储数据的，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

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
如英汉字典，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，二者构成一个键值对，通过该单词就可找到与之对应的中文含义

SGI-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)
{}
};

STL总共实现了两种不同结构的关联式容器：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

set

set的介绍

1 set是按照一定次序存储元素的容器
2 在set中，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（元素被const修饰）

3 set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢

4 set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的

注意：

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

2 set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)
3 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列

4 set中的元素默认按照小于来比较

下面介绍的set和map的使用仅为精简版，均为使用较多的

set的使用：

1 查找在不在

2 排序+去重

T: set中存放元素的类型，set中插入元素时，只需要插入value，但实际在底层存储<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

insert：

返回值是pair：

插入成功-> pair<新插入key所在节点的迭代器,true>

插入失败-> pair<已存在的key/value所在节点的迭代器,false>

erase：

第一个版本的erase：（搭配find使用，需要进行判断）若不判断则给定无效的iterator会报错

给定正确的iterator会删除

第二个版本的erase：无论要删除的key是否存在，均不报错，若存在就删除，不存在则无事发生

find：

若是找到了，则返回此元素所在节点的迭代器，否则返回set::end()

count:

统计key的个数，对于set而言用处不大，因为在set里，key非0即1，可以用于判断key在不在

但对于multiset而言，count就有用武之地了，可以统计key的个数

测试1：

void test_set1()
{
	//1 查找在不在
	//2 排序+去重
	set<int> s;
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(8);
	s.insert(2);
	s.insert(4);
	s.insert(5);
	pair<set<int>::iterator,bool> ret = s.insert(2);
	cout << ret.second << endl;

	auto ret2 = s.insert(8);
	cout << ret2.second << endl;

	//迭代器遍历
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
        //*it = 10；//不可以，set不允许key/value被修改
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	//范围for
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	s.erase(2);//删除存在的
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	s.erase(11);//删除不存在的，无事发生

	set<int>::iterator it2 = s.find(8);//删除存在的
	s.erase(it2);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//it2 = s.find(30);//删除不存在的
	//s.erase(it2); //报错，erase一个无效的迭代器程序会崩溃

	//正确处理：
	it2 = s.find(30);
	if (it2 != s.end())
	{
		s.erase(it2);
	}

	if (s.count(3))//可用于判断key是否存在
	{
		cout << "3存在" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "3不存在" << endl;
	}
}

运行结果：

lower_bound：

返回>=val值位置的迭代器

upper_bound:

返回>val值位置的迭代器

可能会用到：删除一段区间的值

测试2：

void test_set2()
{
	set<int> myset;
	set<int>::iterator itlow, itup;

	for (int i = 1; i < 10; i++) 
		myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

	itlow = myset.lower_bound(30);  //返回key为30位置的迭代器           
	itup = myset.upper_bound(60);   //返回key为70位置的迭代器             

	myset.erase(itlow, itup);//左闭右开区间[30,70)，删除[30,60]
	for (auto e : myset)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	set<int> myset2(myset);
	set<int>::iterator itlow2, itup2;

	for (int i = 1; i < 10; i++)
		myset2.insert(i * 10);// 10 20 30 40 50 60 70 80 90

	itlow2 = myset2.lower_bound(25);
	itup2 = myset2.upper_bound(70);
	myset2.erase(itlow2, itup2);//左闭右开区间[30,80)，删除[30,60]
	for (auto e : myset2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行结果：

equal_range：

测试3：

void test_set3()
{
	set<int> myset;

	for (int i = 1; i <= 5; i++)
		myset.insert(i * 10); // myset: 10 20 30 40 50

	//pair<set<int>::iterator, set<int>::iterator> ret = myset.equal_range(35);
	auto ret = myset.equal_range(35);

	cout << "the lower bound points to: " << *ret.first << endl;   // >= val
	cout << "the upper bound points to: " << *ret.second << endl;  // > val
}

运行效果：

multiset的使用：

multiset的用法和set相似，同样也是key/value不可被修改，multiset和set的区别在于：

multiset可以插入多个相同的key/value，即在multiset中可以存在多个某个key/value

set只允许唯一的key/value存在，一旦某个key/value已经存在那么就不会再插入相同值的key/value

insert：

erase：

返回删除某个值的个数

删除一段区间的元素

find：

如果用find查找某个key/value，当此key/value存在多个，则find返回中序第一个val位置的迭代器

count：

multiset允许存在多个相同值，count可以统计某个值的个数

equal_range：

第一个iterator：第一个>=val值位置的迭代器

第二个iterator：第一个>val值位置的迭代器

左闭右开区间

测试4：

void test_set4()
{
	multiset<int> s;
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(8);
	s.insert(2);
	s.insert(4);
	s.insert(5);
	s.insert(8);
	s.insert(2);
	multiset<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		//*it = 10;//不可以修改key/value
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 如果有多个值，find返回中序第一个value
	it = s.find(4);
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	cout << s.count(2)<<endl;//统计某个value的个数

	// [>=value, >value)
	auto ret = s.equal_range(2);
	s.erase(ret.first, ret.second);//删除连续的value
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行效果:

map

map的介绍

key不可被修改，value可被修改

1 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;

2 map中的元素总是按照键值key进行比较排序的

3 map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered_map容器慢

4 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

5 map通常被实现为平衡二叉搜索树(红黑树)

map的使用

key: 键值对中key的类型
T：键值对中value的类型

insert:

注意：map的insert插入的是一个键值对

插入成功-> pair<新插入键值对所在节点的迭代器,true>

插入失败-> pair<已存在的键值对所在节点的迭代器,false>

再来熟悉一下键值对pair：

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)
{}
};

pair的第二个构造函数非常强大，设计成为了模板

如果形参的U,V和正在被初始化的pair的两个成员的类型一致，则为拷贝构造

如果不是完全一致，则可视为构造，只要形参pair的两个成员可以赋值给正在被初始化的pair

make_pair函数：

make_pair会返回一个键值对，我们可以用此函数来构建理想的键值对

operator[]：（重要)

给定一个key， operator[]函数会返回与之对应的value的引用

上图简化版（只是大概示意图，不是正统语法）：

原理： operator[]函数会调用insert函数，其中的V()是value的类型的匿名对象，即使是内置类型也会有构造函数，所以若是value为int类型，那么插入的键值对，它的第二个成员的默认值就是0

insert返回一个键值对：

所以operator[]有以下作用：

给定key返回对应value的引用，若是key不存在，则用默认value与key构造键值对然后插入

测试1：

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));//推荐这个
	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	dict["erase"];  // 插入功能，原先无erase，并将对应的value初始化
	cout << dict["erase"] << endl; // 查找
	dict["erase"] = "删除"; // 修改
	cout << dict["erase"] << endl;// 查找
	dict["top"] = "顶级";  // 插入+修改
	dict["left"] = "剩余"; // 修改


	map<string, string>::iterator it = dict.begin();//迭代器遍历
	while (it != dict.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << endl;
		//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl; //也可以选择这种方式打印
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto& kv : dict)//范围for遍历+修改value（map的key不可被修改）
	{
		//kv.first += 'y';//不可以修改
		kv.second += 'y';//可以修改
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

运行效果：