C++进阶 —— set

目录

一，set介绍

二，set成员函数

三，set应用

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一，set介绍

• set是一个有序的、不重复的关联式容器；
  • 元素会自动排序，默认升序（小于比较），即无论插入顺序如何都会自动维护元素顺序；
  • 内部比较对象(compare)决定了元素的排序和唯一性判断，按特定严格弱排序准则进行排序；
  • 使用set的迭代器遍历元素（迭代器中序），可得到有序序列；
• 元素不可修改(元素总是const)，但可快速查找、插入和删除元素；
  • 查找、插入、删除时间复杂度：O(log n)；
• 访问元素比unordered_set容器慢，但永许根据顺序对子集进行直接迭代；
• 主要应用于自动维护数据有序性，快速检查元素是否存在，保证元素唯一性（去重），进行集合运算（并集、交集、差集），需按顺序遍历元素；
• set在底层逻辑上是用二叉搜索树(红黑树)实现的；

 // set
插入时必须检查是否存在，返回 (iterator, bool);
// multiset
插入时不需要检查，返回 iterator; 

注，底层元素存储结构：

• map/multimap中存储的是真正的键值对，set中只存放key；
• set中插入元素时，只需要插入key即可，不需要构成键值对；

// 红黑树节点只存储key
struct Node {
    Key key;           // 只存储键
    Node* left;
    Node* right;
    Node* parent;
    bool color;
};

注，严格弱序（Strict Weak Ordering）：

• 非自反性，任何元素不能小于自身：a<a 错误；

• 非对称性，如a小于b，则b不能小于a：如a<b，b<a 错误；

• 可传递性：如a<b，b<c，那么a<c；

• 等价传递性：如a=b，b=c，那么a=c；

二，set成员函数

key_type/value_type即为T; 
key_compare/value_compare即为Compare；

构造函数

操作函数

//迭代器
      iterator begin() noexcept;
const_iterator begin() const noexcept;
      iterator end() noexcept;
const_iterator end() const noexcept;
      reverse_iterator rbegin() noexcept;
const_reverse_iterator rbegin() const noexcept;
      reverse_iterator rend() noexcept;
const_reverse_iterator rend() const noexcept;

//插入
single element (1)	
    pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);
    pair<iterator,bool> insert (value_type&& val);
with hint (2)	
    iterator insert (const_iterator position, const value_type& val);
    iterator insert (const_iterator position, value_type&& val);
range (3)	
    template <class InputIterator>
    void insert (InputIterator first, InputIterator last);
initializer list (4)	
    void insert (initializer_list<value_type> il);

//删除
iterator  erase (const_iterator position);
size_type erase (const value_type& val);
iterator  erase (const_iterator first, const_iterator last);

//查找
const_iterator find (const value_type& val) const;
      iterator find (const value_type& val);

bool empty() const noexcept;
size_type size() const noexcept;
size_type count (const value_type& val) const;
void swap (set& x);
void clear() noexcept;

key_compare key_comp() const;
value_compare value_comp() const;

      iterator lower_bound (const value_type& val);
const_iterator lower_bound (const value_type& val) const;
      iterator upper_bound (const value_type& val);
const_iterator upper_bound (const value_type& val) const;

pair<const_iterator,const_iterator> equal_range (const value_type& val) const;
            pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val);

int main()
{
	int arr[] = { 5,3,4,1,7,8,2,6,0,9,1,5 };
	int sz = sizeof(arr) / sizeof(int);

	set<int> s(arr, arr + sz);
	cout << s.size() << endl;
	s.insert(10);
	s.erase(1);

	for (auto& e : s)
	{
		cout << e << " "; //可去重
	}
	cout << endl;

	for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << s.count(1) << endl;

	s.empty();
	s.clear();
	return 0;
}

三，set应用

// 去除重复元素
void removeDuplicates() {
    vector<int> data = { 1, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 2, 1, 5 };

    // 一行代码完成去重
    set<int> uniqueData(data.begin(), data.end());

    cout << "原始数据: ";
    for (int n : data) cout << n << " ";

    cout << "\n去重后: ";
    for (int n : uniqueData) cout << n << " ";
    // 输出: 1 2 3 4 5
}

// 用户权限存在性检查
class AccessControl {
private:
    set<string> adminUsers = { "alice", "bob", "charlie" };
    set<string> bannedIPs = { "192.168.1.100", "10.0.0.5" };

public:
    void addAdmin(const string& username) {
        adminUsers.insert(username);
    }

    bool isAdmin(const string& username) {
        return adminUsers.find(username) != adminUsers.end();
    }

    bool isIPBanned(const string& ip) {
        return bannedIPs.find(ip) != bannedIPs.end();
    }
};

// 使用示例
void checkAccess() {
    AccessControl ac;
    cout << "Alice是管理员: " << ac.isAdmin("alice") << endl; // true
    cout << "Eve是管理员: " << ac.isAdmin("eve") << endl;     // false
}

// 自动排序 - 维护有序数据，排行榜系统
class Leaderboard {
private:
    set<int> scores;  // 自动按升序排列

public:
    void addScore(int score) { scores.insert(score); }

    void showTopScores(int count) {
        cout << "最高分: ";

        // 使用反向迭代器从大到小遍历
        auto it = scores.rbegin();
        for (int i = 0; i < count && it != scores.rend(); ++i, ++it) {
            cout << *it << " ";
        }
        cout << endl;
    }

    int getHighestScore() {
        return *scores.rbegin();  // 最后一个元素是最大值
    }
};

void testLeaderboard() {
    Leaderboard lb;
    lb.addScore(85);
    lb.addScore(92);
    lb.addScore(78);
    lb.addScore(92);  // 重复分数，不会插入

    lb.showTopScores(3);  // 输出: 92 85 78
}

// 集合运算
void setOperations() {
    set<int> A = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    set<int> B = { 4, 5, 6, 7, 8 };

    // 并集
    set<int> unionSet;
    set_union(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(),
        inserter(unionSet, unionSet.begin()));

    // 交集
    set<int> intersectionSet;
    set_intersection(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(),
        inserter(intersectionSet, intersectionSet.begin()));

    // 差集 A - B
    set<int> differenceSet;
    set_difference(A.begin(), A.end(), B.begin(), B.end(),
        inserter(differenceSet, differenceSet.begin()));

    cout << "并集: ";
    for (int n : unionSet) cout << n << " ";  // 1 2 3 4 5 6 7 8

    cout << "\n交集: ";
    for (int n : intersectionSet) cout << n << " ";  // 4 5

    cout << "\n差集A-B: ";
    for (int n : differenceSet) cout << n << " ";  // 1 2 3
}