c++中 unordered_map 与 unordered_set 用法指南

unordered_map 与 unordered_set 区别与联系

unordered_map 和 unordered_set 都是 C++ 标准模板库（STL）中的容器，它们使用哈希表作为底层数据结构，提供了快速的查找、插入和删除操作。下面是它们之间的联系与区别：

联系

  1. 底层实现：两者都基于哈希表实现，利用了哈希函数来分布元素。
  2. 性能特点：它们都提供平均时间复杂度为 O(1) 的查找、插入和删除操作。
  3. 冲突解决：两者都使用某种形式的链表或红黑树来解决哈希冲突。
  4. 非线性容器：它们都是非线性容器，不保证元素的顺序。

区别

  1. 存储内容：

    • unordered_map 存储键值对，即每个元素包含一个键（key）和一个值（value），键是唯一的。
    • unordered_set 只存储唯一的值，不包含键。

  2. 用途：

    • unordered_map 适用于需要通过键来访问或存储数据的场景，类似于关联数组或字典。
    • unordered_set 适用于需要存储唯一元素集合的场景，类似于集合。

  3. 操作：

    • unordered_map 支持通过键来访问、插入、删除和查找值。
    • unordered_set 支持插入、删除和查找元素。

  4. 内存使用：

    • unordered_map 由于需要存储键和值，通常比 unordered_set 使用更多的内存。

  5. 迭代器：

    • unordered_map 的迭代器可以解引用为一个 pair，其中包含键和值。
    • unordered_set 的迭代器只能解引用为一个值。

  6. 示例：
    在这里插入图片描述

  7. 元素查找：

    • unordered_map 的 find 方法返回一个迭代器，指向键值对，可以访问键和值。
    • unordered_set 的 find 方法返回一个迭代器，指向集合中的元素。

使用场景

  • 当你需要一个键来快速访问数据时，使用 unordered_map。
  • 当你只需要存储一组不包含重复元素的数据时，使用 unordered_set。

总的来说，unordered_map 和 unordered_set 在实现上有很多相似之处，但它们服务于不同的数据存储需求。选择使用哪一个取决于你的具体应用场景和需求。

unordered_map

unordered_map 是 C++ 中的一个关联容器，它存储了键值对，并且提供了快速的数据访问能力。

  1. 基本使用：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap;
    umap[1] = "one";
    umap[2] = "two";
    umap[3] = "three";

    // 打印所有键值对
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

1: one
2: two
3: three
在这里插入图片描述

  1. 初始化列表：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"},
        {3, "three"}
    };

    // 打印所有键值对
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

1: one
2: two
3: three
在这里插入图片描述

  1. 访问元素：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"}
    };

    // 访问元素
    std::cout << "Value for key 1: " << umap[1] << std::endl;
    // 访问不存在的键将自动插入该键，并为其分配一个默认值
    std::cout << "Value for key 3: " << umap[3] << std::endl; // 默认值，例如空字符串
}
  • 输出结果：

Value for key 1: one
Value for key 3:
在这里插入图片描述

  1. 检查键是否存在：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"}
    };

    int key = 1;
    if (umap.find(key) != umap.end()) {
        std::cout << "Key " << key << " exists." << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "Key " << key << " does not exist." << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

Key 1 exists.
在这里插入图片描述

  1. 删除元素：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"}
    };

    int keyToRemove = 1;
    auto it = umap.find(keyToRemove);
    if (it != umap.end()) {
        umap.erase(it);
    }

    // 打印删除元素后的映射
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

2: two
在这里插入图片描述

  1. 使用 emplace 插入元素：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap;

    // 使用 emplace 插入元素
    auto result = umap.emplace(1, "one");
    if (result.second) {
        std::cout << "Insert successful." << std::endl;
    }

    // 尝试再次插入相同的键
    result = umap.emplace(1, "uno");
    if (!result.second) {
        std::cout << "Insert failed, key already exists." << std::endl;
    }

    // 打印映射
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

Insert successful.
Insert failed, key already exists.
1: one
在这里插入图片描述

  1. 遍历 unordered_map：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"},
        {3, "three"}
    };

    // 使用范围 for 循环遍历
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }

    // 使用迭代器遍历
    for (auto it = umap.begin(); it != umap.end(); ++it) {
        std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

1: one
2: two
3: three
1: one
2: two
3: three
在这里插入图片描述

  1. 使用 unordered_map 的 size 和 empty：
#include <iostream>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<int, std::string> umap = {
        {1, "one"},
        {2, "two"}
    };

    std::cout << "Size of umap: " << umap.size() << std::endl;
    std::cout << "Is umap empty? " << (umap.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;
}
  • 输出结果：

Size of umap: 2
Is umap empty? No
在这里插入图片描述

unordered_set

  1. 基本使用：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset;
    uset.insert(10);
    uset.insert(20);
    uset.insert(30);

    std::cout << "Size of uset: " << uset.size() << std::endl;
}
  • 输出结果：

Size of uset: 3
在这里插入图片描述

  1. 初始化列表：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 10, 20, 30, 40, 50 };

    for (int num : uset) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}
  • 输出结果:

50 10 20 30 40
在这里插入图片描述

  1. 检查元素是否存在：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 1, 2, 3 };

    int key = 2;
    if (uset.find(key) != uset.end()) {
        std::cout << "Element " << key << " exists in uset." << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "Element " << key << " does not exist in uset." << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

Element 2 exists in uset.
在这里插入图片描述

  1. 删除元素：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 1, 2, 3 };

    int keyToRemove = 2;
    if (uset.erase(keyToRemove)) {
        std::cout << "Element removed from uset." << std::endl;
    }
    else {
        std::cout << "Element not found in uset." << std::endl;
    }

    for (int num : uset) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}
  • 输出结果：

Element removed from uset.
1 3
在这里插入图片描述

  1. 使用 emplace 插入元素：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset;

    // 使用 emplace 插入元素
    auto result = uset.emplace(10);
    if (result.second) {
        std::cout << "Insert successful." << std::endl;
    }

    // 尝试再次插入相同的元素
    result = uset.emplace(10);
    if (!result.second) {
        std::cout << "Insert failed, element already exists." << std::endl;
    }
}
  • 输出结果：

Insert successful.
Insert failed, element already exists.
在这里插入图片描述

  1. 遍历 unordered_set：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 5, 10, 15, 20, 25 };

    // 使用范围 for 循环遍历
    for (int num : uset) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用迭代器遍历
    for (auto it = uset.begin(); it != uset.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}
  • 输出结果：

5 10 15 20 25
5 10 15 20 25
在这里插入图片描述

  1. 使用 unordered_set 的 size 和 empty：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 1, 2, 3 };

    std::cout << "Size of uset: " << uset.size() << std::endl;
    std::cout << "Is uset empty? " << (uset.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;
}
  • 输出结果：

Size of uset: 3
Is uset empty? No
在这里插入图片描述

  1. 清空 unordered_set：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

int main() {
    std::unordered_set<int> uset = { 1, 2, 3, 4, 5 };

    uset.clear(); // 清空 uset

    std::cout << "Is uset empty after clear? " << (uset.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;
}
  • 输出结果：

Is uset empty after clear? Yes
在这里插入图片描述

  1. 自定义哈希函数：
#include <iostream>
#include <unordered_set>

// 自定义哈希函数
struct custom_hash {
    std::size_t operator()(int x) const {
        return std::hash<int>()(x);
    }
};

int main() {
    std::unordered_set<int, custom_hash> uset = { 1, 2, 3 };

    for (int num : uset) {
        std::cout << num << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}
  • 输出结果：

1 2 3
在这里插入图片描述

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