C++ 入门17：STL 容器之映射（map）与多重映射（multimap）

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 C++ 入门17：STL 容器之映射（map）与多重映射（multimap）

一、前言

在前面文章的学习中，我们学习了 STL 中的 vector、list 等容器。这些容器主要用于存储线性数据，但有时候我们需要存储键值对（key-value pair），这种场景下就需要使用映射（map）容器。今天我们将学习 C++ 标准模板库（STL）中的 map 和 multimap，它们都可以用来存储键值对，记住最重要的区别： map 不允许键重复，而 multimap 允许键重复。

1. 什么是映射（map）

在 C++ 标准模板库（STL）中，map 是一种关联式容器，用于存储键值对（key-value pairs）。每个 map 元素都由两个部分构成：键（key）和值（value）。键用于唯一标识元素，而值则与键相关联，可以是任何类型的数据。map 的主要特点是其内部元素按键的顺序进行排序，默认情况下是按照键的升序排列，但也可以通过提供自定义的比较函数来改变排序规则。

• 键：用于标识元素的唯一标识符。
• 值：与键相关联的数据。

1.1基本特性

• 键是唯一的，不允许重复。
• 键值对按照键的顺序存储（默认按升序排序）。
• 可以通过键快速查找对应的值。

2. 映射的基本操作

2.1引入头文件

在使用 map 之前，需要引入头文件 <map>。

#include <map>

2.2创建映射

我们可以使用不同的方式来创建 map。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> studentMap; // 创建一个空的映射，键为 int，值为 string

    // 初始化映射
    studentMap[101] = "Alice";
    studentMap[102] = "Bob";
    studentMap[103] = "Charlie";

    // 另一种初始化方式
    map<int, string> studentMap2 = {{201, "David"}, {202, "Eve"}};

    return 0;
}

2.3常用成员函数

2.3.1插入元素

可以使用下标运算符 [] 或者 insert 函数来插入键值对。

示例：

map<int, string> studentMap;
studentMap[101] = "Alice"; // 使用下标运算符插入
studentMap.insert(make_pair(102, "Bob")); // 使用 insert 函数插入

2.3.2访问元素

通过键来访问映射中的值。如果键不存在，使用 [] 会插入该键并初始化默认值，而使用 at 则会抛出异常。

示例：

cout << "Student with ID 101: " << studentMap[101] << endl; // 使用 []
cout << "Student with ID 102: " << studentMap.at(102) << endl; // 使用 at

2.3.3删除元素

可以使用 erase 函数删除指定键的元素。

示例：

studentMap.erase(101); // 删除键为 101 的元素

2.3.4获取大小与检查空

• 使用 size 函数获取映射中的元素个数。
• 使用 empty 函数检查映射是否为空。

示例：

cout << "Size of map: " << studentMap.size() << endl;
if (studentMap.empty()) {
    cout << "Map is empty" << endl;
}

2.3.5查找元素

使用 find 函数可以查找某个键是否存在，返回迭代器指向该元素，若不存在，则返回 end()。

示例：

auto it = studentMap.find(102); // 查找键为 102 的元素
if (it != studentMap.end()) {
    cout << "Found student with ID 102: " << it->second << endl;
} else {
    cout << "Student with ID 102 not found" << endl;
}

3. 多重映射（multimap）

multimap 是 C++ STL 中的另一种关联式容器，与 map 类似，但允许多个具有相同键的键值对存在。这意味着在同一个 multimap 中，可以插入多个键相同的元素，每个元素可以有不同的值。

3.1引入头文件

在使用 multimap 之前，需要引入头文件 <map>（map 头文件中同时包含了 multimap）。

#include <map>

3.2创建多重映射

multimap 的使用方式与 map 基本相同，只是插入时允许重复的键。

示例：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    multimap<int, string> multiStudentMap;

    // 插入多个具有相同键的元素
    multiStudentMap.insert(make_pair(101, "Alice"));
    multiStudentMap.insert(make_pair(101, "Bob"));
    multiStudentMap.insert(make_pair(102, "Charlie"));

    // 遍历多重映射
    for (const auto& pair : multiStudentMap) {
        cout << "ID: " << pair.first << ", Name: " << pair.second << endl;
    }

    return 0;
}

3.3查找元素

multimap 中，使用 find 函数只能找到键对应的第一个元素。如果要查找所有具有相同键的元素，可以使用 equal_range 函数。

示例：

auto range = multiStudentMap.equal_range(101);
for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
    cout << "ID: " << it->first << ", Name: " << it->second << endl;
}

4. map 与 multimap 的区别

特性	map	multimap
键是否唯一	唯一	可以重复
插入操作	如果键已存在，无法插入	可以插入重复键
查找操作	返回一个键对应的值	返回多个键对应的值

5. 映射的高级操作

5.1自定义排序规则

默认情况下，map 和 multimap 是按键的升序排序的。如果需要自定义排序规则，可以通过传递比较函数实现。

示例：

struct Descending {
    bool operator()(const int& a, const int& b) const {
        return a > b; // 降序排序
    }
};

map<int, string, Descending> studentMap; // 使用自定义降序排序规则
studentMap[101] = "Alice";
studentMap[102] = "Bob";
studentMap[103] = "Charlie";

5.2合并两个映射

可以使用 insert 函数将一个映射中的所有元素插入到另一个映射中。

示例：

map<int, string> map1 = {{101, "Alice"}, {102, "Bob"}};
map<int, string> map2 = {{103, "Charlie"}, {104, "David"}};

map1.insert(map2.begin(), map2.end());

for (const auto& pair : map1) {
    cout << "ID: " << pair.first << ", Name: " << pair.second << endl;
}

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以上就是 C++ 标准模板库中的 映射（map）与多重映射（multimap）的基础知识点了。它们都是用来存储键值对的关联容器。map 不允许重复键，而 multimap 允许多个相同的键。无论是处理需要排序的元素集合，还是需要统计重复数据的场景，都可以帮助我们更高效地处理关联数据。基本上在开发中都会用到的，大家多看看，一定要掌握。

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