本文详细介绍了STL中的关联式容器，包括set、multiset、map和multimap。set是存储唯一元素的有序集合，multiset允许元素重复；map是键值对的有序集合，键值唯一，multimap则允许键值重复。文章讨论了它们的构造、插入、删除、查找和容量管理等操作，以及在实际编程中的应用示例。
一.关联式容器
在之前，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。比如 : map/set/unordered_map/unordered_set
map/set底层使用红黑树实现，unordered_map/unordered_set使用哈希表实现
二. set
(1). set是STL中一个很有用的容器，用来存储同一种数据类型的数据结构（可以称之为K的模型），基本功能与数组相似。
(2). set与数组不同的是，在set中每个元素的值都是唯一的。
(3). set插入数据时，能够根据元素的值自动进行排序。
(4). set中元素的值并不能直接被改变。(会修改底层红黑树的结构)
(5). set插入数据时不能插入重复数据
set模板参数列表
template < class T, // set::key_type/value_type
class Compare = less<T>, // set::key_compare/value_compare
class Alloc = allocator<T> // set::allocator_type
> class set;
set 构造
// 构造空的set
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator());
// 用[first, last)区间中的元素构造set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );
// set的拷贝构造
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> first; // 构造一个空的set
int arr[] = { 1,2,3 };
set<int> second(arr,arr + 3); // 区间构造
set<int> third(second); // 拷贝构造
set<int> fourth(second.begin(),second.end()); // 迭代器区间构造
}
set 修改
// 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>
pair<iterator,bool> insert(const value_type& x)
// 在 position 位置插入val,返回新插入元素的位置或已经存在元素的位置
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
// 插入迭代器[first,last)区间的元素
template <class InputIterator>
void insert (InputIterator first, InputIterator last);
// 删除set中position位置上的元素
void erase (iterator position)
// 删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
size_type erase (const key_type& x)
// 删除set中[first, last)区间中的元素
void erase (iterator first, iterator last)
// 交换set中的元素
void swap (set<Key,Compare,Allocator>& st)
// 将set中的元素清空
void clear()
// 返回set中值为x的元素的位置，无x 返回set::end
iterator find (const key_type& x) const
// 返回set中值为x的元素的个数，返回值只能为0,1
size_type count (const key_type& x) const
// insert 的使用
注意 : 在 position 位置插入元素时插入的元素并不一定在 position 位置，因为插入元素时会根据 Compare 提供的方法进行排序
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;
set<int>::iterator it;
pair<set<int>::iterator, bool> ret;
// 插入元素
for (int i = 1; i <= 5; i++) s.insert(i);
// 3已经存在，插入失败，返回false，ret.first指向已经存在3的位置
ret = s.insert(3);
if (ret.second == false) it = ret.first;
s.insert(it,2);
s.insert(it,0);
s.insert(it,10);
// 迭代器区间构造
int a[] = {-1,-2,-5};
s.insert(a,a + 3);
for (it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}
// 输出结果为
// -5 -2 -1 0 1 2 3 4 5 10
// erase使用
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;
set<int>::iterator it;
for (int i = 1; i <= 5; i++) s.insert(i);
it = s.begin();
++it;
// 删除2
s.erase(it);
// 删除3，返回删除元素的个数
size_t ret = s.erase(3);
cout << ret << endl;
// it指向4的位置
it = s.find(4);
// 删除4~5
s.erase(it,s.end());
for (it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}
// 输出结果为 1
s.erase(3); 等价于
auto pos = s.find(3);
if(pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}
// swap使用
在C++98中，下面两种写法是有差异的
s1.swap(s2); // 只需要交换两树的根节点即可
swap(s1,s2); // 需要进行深拷贝
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
int a[] = {1,2,3,4,5,6};
set<int> s1(a,a + 3);
set<int> s2(a + 3,a + 6);
s1.swap(s2);
}
// 输出结果
// 4 5 6
// 1 2 3
// clear使用
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;
s.insert(100);
s.insert(200);
print(s);
s.clear();
s.insert(400);
s.insert(500);
print(s);
}
// 输出结果
// 100 200
// 400 500
set 容量和迭代器
// 检测set是否为空，空返回true，否则返回true
bool empty() const
// 返回set中有效元素的个数
size_type size() const
// 返回set中起始位置元素的迭代器
iterator begin()
// 返回set中最后一个元素后面的迭代器
iterator end()
// 返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cbegin() const
// 返回set中最后一个元素后面的const迭代器
const_iterator cend() const
//
reverse_iterator rbegin()
reverse_iterator rend()
const_reverse_iterator crbegin() const
const_reverse_iterator crend() const
使用
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
set<int> s;
set<int>::iterator it;
set<int>::reverse_iterator rit;
for (int i = 0; i < 5; i++) s.insert(i);
// 正向迭代器
for (it = s.begin(); it != s.end(); it++)
{
// *it += 1; 不能修改
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
// 反向迭代器
for (rit = s.rbegin(); rit != s.rend(); rit++)
{
cout << *rit << " ";
}
cout << endl;
}
三.multiset
multiset 和 set 的最主要区别在于 multiset 中的元素可以重复
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{
multiset<int> m;
for (int i = 0; i <= 5; i++) m.insert(i);
// multiset允许键值冗余
m.insert(3);
m.insert(4);
m.insert(5);
multiset<int>::iterator it;
for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
// *it += 1; 注意不能修改
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
// find查找的val有多个的时候，找到的是中序的第一个
multiset<int>::iterator pos = m.find(3);
while (*pos == 3)
{
cout << *pos << endl;
++pos;
}
cout << m.count(3) << endl;
// erase会删除所有的 3
m.erase(3);
for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
// *it += 1; 注意不能修改
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}
四.map
(1). 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。
(2). 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 value_type;
(3). 在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
(4). 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)。
(5). 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。
(6). map通常被实现为红黑树
map模板参数
template < class Key, // map::key_type
class T, // map::mapped_type
class Compare = less<Key>, // map::key_compare
class Alloc = allocator<pair<const Key,T> > // map::allocator_type
> class map;
(1). key: 键值对中key的类型
(2). T： 键值对中value的类型
(3). Compare: 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)
(4). Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器
(5). 注意：在使用map时，需要包含头文件
map构造
// 构造一个空的map
explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type())
// 使用迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map (InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 拷贝构造
map(const map& x);
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
// 构造一个空map
map<char, int> m;
m['a'] = 10;
m['b'] = 20;
m['c'] = 30;
// 迭代器区间初始化
map<char, int> m2(m.begin(),m.end());
// 拷贝构造
map<char, int> m3(m2);
}
map修改
注意 : value_type 是 pair 结构体
typedef pair<const Key, T> value_type;
// 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或已经存在的位置，bool代表插入是否成功
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x)
// 删除position位置上的元素
void erase (iterator position)
// 删除键值为x的元素，返回删除元素的个数
size_type erase (const key_type& x)
// 删除[first, last)区间中的元素
void erase (iterator first,iterator last)
// 交换两个map中的元素
void swap (map<Key,T,Compare,Allocator>& mp)
// 将map中的元素清空
void clear()
// 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
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const迭代器，否则返回cend
const_iterator find (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
size_type count (const key_type& x) const
insert 使用
// make_pair函数模板
template <class T1,class T2>
pair<T1,T2> make_pair (T1 x, T2 y)
{
return ( pair<T1,T2>(x,y) );
}
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
map<int, double> m;
// 调用pair的构造函数，构造一个匿名对象插入
m.insert(pair<int,double>(1,1.1));
m.insert(pair<int, double>(2, 2.2));
m.insert(pair<int, double>(3,3.3));
// 调用函数模板，构造对象更方便
m.insert(make_pair(4,4.4));
map<int, double>::iterator it;
for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
}
erase 使用
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
map<char, int> m;
m['a'] = 10;
m['b'] = 20;
m['c'] = 30;
m['d'] = 40;
m['e'] = 50;
m['f'] = 60;
auto it = m.find('b');
if (it != m.end())
{
m.erase(it);
}
m.erase('c');
it = m.find('e');
if (it != m.end())
{
m.erase(it,m.end());
}
for (it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
}
}
// 输出结果
// a : 10
// d : 40
swap使用
// swap maps
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
int main ()
{
map<char,int> foo,bar;
foo['x']=100;
foo['y']=200;
bar['a']=11;
bar['b']=22;
bar['c']=33;
foo.swap(bar);
cout << "foo contains:\n";
for (map<char,int>::iterator it=foo.begin(); it!=foo.end(); ++it)
cout << it->first << " => " << it->second << '\n';
cout << "bar contains:\n";
for (map<char,int>::iterator it=bar.begin(); it!=bar.end(); ++it)
cout << it->first << " => " << it->second << '\n';
return 0;
}
// foo contains:
// a => 11
// b => 22
// c => 33
// bar contains:
// x => 100
// y => 200
clear使用
// map::clear
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
int main ()
{
map<char,int> mymap;
mymap['x']=100;
mymap['y']=200;
mymap['z']=300;
cout << "mymap contains:\n";
for (map<char,int>::iterator it=mymap.begin(); it!=mymap.end(); ++it)
cout << it->first << " => " << it->second << '\n';
mymap.clear();
mymap['a']=1101;
mymap['b']=2202;
cout << "mymap contains:\n";
for (map<char,int>::iterator it=mymap.begin(); it!=mymap.end(); ++it)
cout << it->first << " => " << it->second << '\n';
return 0;
}
// mymap contains:
// x => 100
// y => 200
// z => 300
// mymap contains:
// a => 1101
// b => 2202
count使用(只能返回1和0)
// map::count
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
int main ()
{
map<char,int> mymap;
char c;
mymap ['a']=101;
mymap ['c']=202;
mymap ['f']=303;
for (c='a'; c<'h'; c++)
{
cout << c;
if (mymap.count(c)>0)
cout << " is an element of mymap.\n";
else
cout << " is not an element of mymap.\n";
}
return 0;
}
// a is an element of mymap.
// b is not an element of mymap.
// c is an element of mymap.
// d is not an element of mymap.
// e is not an element of mymap.
// f is an element of mymap.
// g is not an element of mymap
map应用场景1 : 统计出现次数
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
void test1()
{
map<string, int> countMap;
string arr[] = { "sort","left","left","right","left","left","right","sort","right" };
for (const auto& e : arr)
{
// map<string,int>::iterator it
auto it = countMap.find(e);
// 已经存在，不是第一次插入
if (it != countMap.end())
{
it->second++;
}
// 第一次插入
else
{
countMap.insert(make_pair(e,1));
}
}
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
void test2()
{
map<string,int> countMap;
string arr[] = { "sort","left","left","right","left","left","right","sort","right" };
for (const auto& e : arr)
{
// pair<iterator,bool> it
auto it = countMap.insert(make_pair(e,1));
// 不是第一次插入
if (it.second == false) it.first->second++;
}
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
void test3()
{
map<string, int> countMap;
string arr[] = { "sort","left","left","right","left","left","right","sort","right" };
for (const auto& e : arr)
{
countMap[e]++;
}
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
void test4()
{
}
int main()
{
//test1();
//test2();
//test3();
}
operator[] 原型
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
(*((this->insert(make_pair(k,mapped_type()))).first)).second;
}
map应用场景2 : 按照单词出现次数进行排序
#include<iostream>
#include<vector>
#include<map>
#include<set>
#include<queue>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct Compare
{
bool operator()(map<string, int>::iterator x, map<string, int>::iterator y)const
{
return x->second < y->second;
}
};
int main()
{
map<string, int> countMap;
string arr[] = { "sort","left","left","right","left","left","right","sort","right" };
for(const auto& e : arr)
{
countMap[e]++;
}
// vector中存放节点的迭代器，按照自定义的排序(次数排序)，排序迭代器
vector<map<string, int>::iterator> v;
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
{
v.push_back(it);
}
sort(v.begin(),v.end(),Compare());
// 使用 map 根据次数进行排序
map<int, string> sortMap;
for (const auto& e : countMap)
{
sortMap.insert(make_pair(e.second,e.first));
}
// 使用 set 根据次数排序
set<map<string, int>::iterator, Compare> s;
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
{
s.insert(it);
}
// 使用优先级队列依次选出次数
priority_queue<map<string, int>::iterator, vector<map<string, int>::iterator>, Compare> pq;
for (auto it = countMap.begin(); it != countMap.end(); it++)
{
pq.push(it);
}
}
map容量和迭代器
// begin : 首元素的位置，end : 最后一个元素的下一个位置
iterator begin();
const_iterator begin() const;
iterator end();
const_iterator end() const;
// 反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和--操作与begin和end操作移动相反
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;
reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;
// 检测 map 中的元素是否为空，是返回true，否则返回false
bool empty () const;
// 返回map中有效元素的个数
size_type size() const;
// 返回key对应的value
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
使用
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
map<int, int> m;
m.insert(make_pair(1,1));
m.insert(make_pair(2,2));
m.insert(make_pair(3,3));
m.insert(make_pair(4,4));
// size为4
cout << m.size() << endl;
// 正向迭代器遍历
for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
cout << endl;
// 反向迭代器遍历
for (map<int, int>::reverse_iterator it = m.rbegin(); it != m.rend(); it++)
{
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
cout << endl;
// operator[]
cout << m[1] << endl;
cout << m[2] << endl;
cout << m[3] << endl;
cout << m[4] << endl;
}
五. multimap
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
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
multimap<int, int> m;
m.insert(make_pair(1, 1));
m.insert(make_pair(1, 2));
m.insert(make_pair(1, 3));
m.insert(make_pair(2, 4));
m.insert(make_pair(2, 5));
for (multimap<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
{
cout << it->first << " " << it->second << endl;
}
cout << endl;
}
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