STL——set、map、multiset、multimap的介绍及使用

文章目录

- 关联式容器
- 键值对
- 树形结构与哈希结构
- set
- - set的介绍
  - set的使用
  - - set的模板参数列表
    - set的构造
    - set的使用
    - set的迭代器
    - 使用演示
  - multiset
  - multiset演示
- map
- - map的定义方式
  - map的插入
  - map的查找
  - map的[ ]运算符重载
  - map的迭代器遍历
  - multimap
  - - multimap的介绍
    - multimap的使用
  - 在OJ中的使用
  - - 前K个高频单词
    - 两个数组的交集

关联式容器

C++STL包含了序列式容器和关联式容器：

序列式容器里面存储的是元素本身，其底层为线性序列的数据结构。比如：vector，list，deque，forward_list(C++11)等。
关联式容器里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。比如：set、map、unordered_set、unordered_map等。

注意： C++STL当中的stack、queue和priority_queue属于容器适配器，它们默认使用的基础容器分别是deque、deque和vector。

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。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，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

在SGI-STL中关于键值对的定义如下：

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)
	{}
};

树形结构与哈希结构

根据应用场景的不同，C++STL总共实现了两种不同结构的关联式容器：树型结构和哈希结构。

关联式容器	容器结构	底层实现
set、map、multiset、multimap	树型结构	平衡搜索树（红黑树）
unordered_set、unordered_map、unordered_multiset、unordered_multimap	哈希结构	哈希表

其中，树型结构容器中的元素是一个有序的序列，而哈希结构容器中的元素是一个无序的序列。

set

set的介绍

set文档介绍

翻译：

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，所以在set当中查找某个元素的时间复杂度为 $log_2N$

注意：

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。
set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
set中的元素默认按照小于来比较
set中查找某个元素，时间复杂度为： $log_2 n$
set中的元素不允许修改(为什么?)
set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

set的使用

set的模板参数列表

T: set中存放元素的类型，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

在这里插入图片描述

set的构造

方式一：构造一个某类型的空容器。

set<int> s1; //构造int类型的空容器

方式二：拷贝构造某类型set容器的复制品。

set<int> s2(s1); //拷贝构造int类型s1容器的复制品

方式三：使用迭代器拷贝构造某一段内容。

string str("abcdef");
set<char> s3(str.begin(), str.end()); //构造string对象某段区间的复制品

方式四：构造一个某类型的空容器，比较方式指定为大于。

set < int, greater<int>> s4; //构造int类型的空容器，比较方式指定为大于

set的使用

成员函数	功能
insert	插入指定元素
erase	删除指定元素
find	查找指定元素
size	获取容器中元素的个数
empty	判断容器是否为空
clear	清空容器
swap	交换两个容器中的数据
count	获取容器中指定元素值的元素个数

set的迭代器

成员函数	功能
begin	获取容器中第一个元素的正向迭代器
end	获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器
rbegin	获取容器中最后一个元素的反向迭代器
rend	获取容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器

使用演示

void test_set1()
{
	set<int> s1;
	s1.insert(1);
	s1.insert(11);
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);

	set<int>::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		//*it = 1; // 不支持修改
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	vector<int> v = { 3,2,8,1,10,2 };
	set<int> s2(v.begin(), v.end());
	for (auto e : s2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	set<int> s3 = { 3,2,8,1,10,2 };
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	s3.erase(8);
	s3.erase(18);
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	auto pos = s3.find(10);
	if (pos != s3.end())
	{
		cout << *pos << endl;
		s3.erase(pos);
	}
	else
	{
		cout << "找不到" << endl;
	}
	for (auto e : s3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
void test_set2()
{
	std::set<int> myset;
	for (int i = 1; i < 10; i++)
		myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

	for (auto e : myset)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	// [25,60)
	auto itlow = myset.lower_bound(25);      // >=val	
	auto itup = myset.upper_bound(60);       // >val

	myset.erase(itlow, itup);
	for (auto e : myset)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	auto ret = myset.equal_range(35);
	std::cout << *ret.first << std::endl; // >=val
	std::cout << *ret.second<< std::endl; // >val
}

multiset

multiset文档介绍

翻译：

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中再底层中存储的是<value, value>的键值对
mtltiset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

由于multiset容器允许键值冗余，因此两个容器中成员函数find和count的意义也有所不同：

成员函数find	功能
set对象	返回值为val的元素的迭代器
multiset对象	返回底层搜索树中序的第一个值为val的元素的迭代器

成员函数count	功能
set对象	值为val的元素存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可代替）
multiset对象	返回值为val的元素个数（find成员函数不可代替）

multiset演示

void test_set3()
{
	// key模型搜索
	// 排序 不去重，允许冗余
	multiset<int> s1;
	s1.insert(1);
	s1.insert(11);
	s1.insert(3);
	s1.insert(1);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);
	s1.insert(4);
	s1.insert(2);
	s1.insert(2);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);
	s1.insert(2);
	s1.insert(2);
	s1.insert(1);

	multiset<int>::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		//*it = 1;// 不能使用
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//auto pos = s1.find(2);
	//while (pos != s1.end() && *pos == 2)
	//{
	//	cout << *pos << " ";
	//	++pos;
	//}

	// 删除所有的2
	auto ret = s1.equal_range(2);
	s1.erase(ret.first, ret.second);
	
	// 还能统计删除了多少个2
	size_t n = s1.erase(2);  // 也可以这样直接删除
	cout << n << endl;

	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	// 统计有几个1
	cout << s1.count(1) << endl;
}

map

map的文档简介

翻译：

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，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))。

注意：

multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
mtltiset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

map的定义方式

方式一：指定key和value的类型构造一个空容器。

map<int, double> m1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器

方式二：拷贝构造某同类型容器的复制品。

map<int, double> m2(m1); //拷贝构造key为int类型，value为double类型的m1容器的复制品

方式三：使用迭代器拷贝构造某一段内容。

map<int, double> m3(m2.begin(), m2.end()); //使用迭代器拷贝构造m2容器某段区间的复制品

方式四：指定key和value的类型构造一个空容器，key比较方式指定为大于。

map<int, double, greater<int>> m4; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器，key比较方式指定为大于

map的插入

map的插入函数的函数原型如下：

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

insert函数的参数

insert函数的参数显示是value_type类型的，实际上value_type就是pair类型的别名：

typedef pair<const Key, T> value_type;

insert插入：

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("inster", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左"));
	// 推荐
	dict.insert(make_pair("right", "右"));
	// 单参数类型支持 隐式类型转换
	dict.insert({ "left", "左"});	
	
	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	for (auto e : dict)
	{
		cout << e.first << " " << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

insert函数的返回值

insert函数的返回值也是一个pair对象，该pair对象中第一个成员的类型是map的迭代器类型，第二个成员的类型的一个bool类型，具体含义如下：

若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。

map的查找

map的查找函数是根据所给key值在map当中进行查找，若找到了，则返回对应元素的迭代器，若未找到，则返回容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器。

void test_map3()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("inster", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左"));

	dict.insert(make_pair("right", "右"));

	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	map<string, string>::iterator pos = dict.find("sort");
	if (pos != dict.end())
	{
		cout << pos->second << endl;
	}
}

在这里插入图片描述

map的[ ]运算符重载

我们之前的统计可以直接使用[]来统计

void test_map2()
{
	std::string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜","苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
	map<string,int> countMap;
	for (auto& str : arr)
	{
		//auto ret = countMap.find(str);
		//if (ret == countMap.end())
		//{
		//	countMap.insert(make_pair(str, 1));
		//}
		//else
		//{
		//	ret->second++;
		//}

		// 一行完成统计
		countMap[str]++;
	}
	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

在这里插入图片描述

map的[ ]运算符重载函数的函数原型如下：

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

[ ]运算符重载函数的参数就是一个key值，而这个函数的返回值如下：

(*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second

实际上[ ]运算符重载实现的逻辑实际上就是以下三个步骤：

调用insert函数插入键值对。
拿出从insert函数获取到的迭代器。
返回该迭代器位置元素的值value。

简写：

mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
	//1、调用insert函数插入键值对
	pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));
	//2、拿出从insert函数获取到的迭代器
	iterator it = ret.first;
	//3、返回该迭代器位置元素的值value
	return it->second;
}

具体使用：

void test_map4()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("inster", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左"));

	dict.insert(make_pair("right", "右"));

	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	dict["erase"];  // 插入
	cout << dict["erase"] << endl; // 查找
	dict["erase"] = "删除"; // 修改
	dict["test"] = "测试";  // 插入+修改
	dict["left"] = "左边、剩余"; // 修改

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << (*it).first << " " << (*it).second << endl;
		++it;
	}
}

在这里插入图片描述

如果k不在map中，则先插入键值对<k, V()>，然后返回该键值对中V对象的引用。
如果k已经在map中，则返回键值为k的元素对应的V对象的引用。

map的迭代器遍历

成员函数	功能
begin	获取容器中第一个元素的正向迭代器
end	获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器
rbegin	获取容器中最后一个元素的反向迭代器
rend	获取容器中第一个元素前一个位置的反向迭代器

void test_map1()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("inster", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左"));

	dict.insert(make_pair("right", "右"));
	
	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	// 1. 正向迭代器
	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << (*it).first << " " << (*it).second << endl;
		//cout << it->first << " " << it->second << endl;
		//cout << it.operator->()->first << " " << it.operator->()->second << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
	
	// 2. 反向迭代器
	map<string, string>::reverse_iterator rit = dict.rbegin();
	while (rit != dict.rend())
	{
		cout << (*rit).first << " " << (*rit).second << endl;
		++rit;
	}
	cout << endl;

	// 3. auto
	for (auto& e : dict)
	{
		// e.first += 'x';  // 不能修改
		e.second += 'x'; // 可以修改
		cout << e.first << " " << e.second << endl;
	}
	cout << endl;
}

multimap

multimap的介绍

multimap文档介绍

翻译：

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。

multimap的使用

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。

注意：

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。
使用时与map包含的头文件相同：

由于multimap容器允许键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个元素的value的引用存在歧义，因此在multimap容器当中没有实现[ ]运算符重载函数

在OJ中的使用

前K个高频单词

OJ链接

首先我们先进行统计次数
然后再进行排序，排序的时候要自己手动控制，需要写一个仿函数（需要字典序小的在前面）
最后将前k个push_back到一个vector中后返回

class Solution {
public:
    // 仿函数
    struct kvcmp {
        bool operator()(const pair<string, int>& kv1,
                        const pair<string, int>& kv2) {
            return kv1.second > kv2.second ||
                   (kv1.second == kv2.second &&
                    kv1.first < kv2.first); // 字典序小的在前面
        }
    };
    vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
        // 统计次数
        map<string, int> countMap;
        for (auto& str : words) {
            countMap[str]++;
        }
        // 排序
        vector<pair<string, int>> Kv(countMap.begin(), countMap.end());
        sort(Kv.begin(), Kv.end(), kvcmp()); // 通过仿函数排序（不稳定排序）
        vector<string> v;
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            v.push_back(Kv[i].first);
        }
        return v;
    }
};

在这里插入图片描述

两个数组的交集

OJ链接

放到set(排序+去重)

找交集

相同就是交集，（同时++）
不相同（小的++）

找差集：

相等同时++
不相等（小的是差集）
一个结束，另一个没结束也是差集

找并集

直接放到set里

class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        // 去重+排序
        set<int> s1(nums1.begin(), nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(), nums2.end());
        // 依次比较，小的一定不是交集，相等的是交集
        set<int>::iterator it1 = s1.begin(), it2 = s2.begin();

        vector<int> ret;
        while (it1 != s1.end() && it2 != s2.end()) {
            if (*it1 < *it2)
                ++it1;
            else if (*it1 > *it2)
                ++it2;
            else {
                ret.push_back(*it1);
                ++it1;
                ++it2;
            }
        }
        return ret;
    }
};