40、`std::unordered_set` 如何处理元素的删除？

1. 删除元素的核心方法

在 C++ 中，std::unordered_set 提供了以下删除元素的方法：

• 通过迭代器删除
  语法：iterator erase(const_iterator pos)
  作用：删除指定位置的元素，返回被删元素的下一个有效迭代器。
  时间复杂度：平均 $O(1)$，最坏 $O(n)$（哈希冲突严重时）。

• 通过键值删除
  语法：size_type erase(const Key& key)
  作用：删除与键值匹配的元素，返回实际删除的数量（0 或 1）。
  时间复杂度：平均 $O(1)$。

• 范围删除
  语法：iterator erase(const_iterator first, const_iterator last)
  作用：删除迭代器区间 $[first,last)$ 内的元素，返回 last 的下一个迭代器。

2. std::unordered_set 删除元素的底层行为分析

• 哈希表定位

  删除元素时，首先通过哈希函数计算键值的哈希值，定位到对应的桶。例如，删除元素 x 的哈希值满足：
  ​

​ （其中 n 是当前桶的数量）

• 冲突处理

  若桶内因哈希冲突存在链表或类似结构（开链法），需遍历该结构找到目标元素。例如，删除链表中的节点时，直接调整指针完成移除操作，时间复杂度为 O(k)（k 为桶内元素数量）。

• 内存与结构变化

  • 直接移除元素：底层哈希表不会保留「已删除」标记，而是直接释放内存。

  • 桶数量调整：删除操作不会自动触发缩容（即减少桶数量），需手动调用 rehash() 或 shrink_to_fit() 来优化内存。

3. 关键注意事项

• 迭代器失效：删除元素可能导致部分迭代器失效（尤其是被删元素的迭代器），但其他迭代器仍有效。
• 安全删除模式：在循环中删除元素时，需使用 it = s.erase(it) 更新迭代器，避免直接递增导致未定义行为。
• 性能特性：平均时间复杂度为 $O(1)$，但若哈希表负载因子过高，可能触发重哈希，导致性能下降。

4. 代码示例

#include <unordered_set>
#include <iostream>

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

    // 通过键值删除
    s.erase(3); // 删除元素3

    // 通过迭代器删除
    auto it = s.find(4);
    if (it != s.end()) {
        s.erase(it); // 删除元素4
    }

    // 遍历删除偶数
    for (auto it = s.begin(); it != s.end();) {
        if (*it % 2 == 0) {
            it = s.erase(it); // 安全删除并更新迭代器
        } else {
            ++it;
        }
    }

    // 输出剩余元素
    for (int x : s) {
        std::cout << x << " "; // 输出: 1 5
    }
    return 0;
}