set和multiset

1 set和multiset基本概念

set/multiset容器概念：

• set和multiset是一个集合容器，其中set所包含的元素是唯一的，集合中的元素按一定的顺序排列。set采用红黑树变体的数据结构实现，红黑树属于平衡二叉树。在插入操作和删除操作上比vector快。在n个数中查找目标数的效率是 log2^n。

红黑树定义：是每个节点都带有颜色属性（颜色为红色或黑色）的自平衡二叉查找树，满足下列性质：

1. 节点是红色或黑色；
2. 根节点是黑色；
3. 所有叶子节点都是黑色节点(NULL)；
4. 每个红色节点必须有两个黑色的子节点。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点。)
5. 从任一节点到其每个叶子的所有简单路径都包含相同数目的黑色节点。

（图中的45节点是有错误的，应该比55大）。

Set和multiset 特点：

• set中元素插入过程是按排序规则插入，所以不能指定插入位置。
• set不可以直接存取元素。（不可以使用at.(pos)与[]操作符）。

multiset与set的区别：

• set支持唯一键值，每个元素值只能出现一次；而multiset中同一值可以出现多次。
• 不可以直接修改set或multiset容器中的元素值，因为该类容器是自动排序的。如果希望修改一个元素值，必须先删除原有的元素，再插入新的元素。

头文件 #include <set> 。

set和multiset简单使用示例：

#include <set>
#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void) {

	set<int>  setInt;
	
	multiset<int>  msetInt;
	multiset<int>  msetInt1(msetInt.begin(), msetInt.end());

	for(int i=0; i<10; i++){
		msetInt.insert(100-i);
	}
	//set 不允许插入相同的元素，而multiset 是支持插入多个相同元素的.
	msetInt.insert(99);
	multiset<int>::iterator it = msetInt.begin();

	for( ; it!=msetInt.end(); it++){
		cout<<*it;
		cout<<" ";
	}
	cout<<endl;
	system("pause");
	return 0;
}

---

2 set和multiset的常用用法

2.1 set/multiset对象的默认构造

set<int> setInt;              //一个存放int的set容器。
set<float> setFloat;          //一个存放float的set容器。
set<string> setString;         //一个存放string的set容器。
multiset<int> mulsetInt;            //一个存放int的multi set容器。
multiset<float> multisetFloat;       //一个存放float的multi set容器。
multiset<string> multisetString;     //一个存放string的multi set容器。

2.2 Set/multiset 对象的带参构造函数

set(beg,end);     //将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
set(const set &s); //拷贝构造函数。
multiset(beg,end);     //将[beg, end)区间中的元素拷贝给本身。
multiset(const multiset &s); //拷贝构造函数。

2.3 set对象的拷贝构造与赋值

set(const set &st);		        //拷贝构造函数
set& operator=(const set &st);	//重载等号操作符
set.swap(st);				    //交换两个集合容器

setIntA.insert(5);
set<int> setIntA;
setIntA.insert(1);
setIntA.insert(2);
setIntA.insert(3);
setIntA.insert(4);


set<int> setIntB(setIntA);  //1 2 3 4 5

set<int> setIntC;
setIntC = setIntA;		//1 2 3 4 5 

setIntC.insert(6);      //1 2 3 4 5 6
setIntC.swap(setIntA);	  //交换

2.4 set的插入和pair的用法

pair表示一个对组，它将两个值视为一个单元，把两个值捆绑在一起。
pair<T1,T2>用来存放的两个值的类型，可以不一样，也可以一样，如T1为int，T2为float。T1,T2也可以是自定义类。

• pair.first是pair里面的第一个值，是T1类型。
• pair.second是pair里面的第二个值，是T2类型。

set<int>  setInt;
for(int i=5; i>0; i--){
	pair<set<int>::iterator, bool> ret = setInt.insert(i);
	if(ret.second){
		cout<<"插入 "<<i<<" 成功！"<<endl;
	}else {
		cout<<"插入 "<<i<<" 失败！"<<endl;
	}
}

2.5 set与迭代器

set.insert(elem);     //在容器中插入元素。
set.begin();         //返回容器中第一个数据的迭代器。
set.end();          //返回容器中最后一个数据之后的迭代器。
set.rbegin();        //返回容器中倒数第一个元素的迭代器。
set.rend();         //返回容器中倒数最后一个元素的后面的迭代器。

set<int> setInt;
setInt.insert(3); 
setInt.insert(4);
setInt.insert(1);
setInt.insert(5);
setInt.insert(2);

//顺序输出  1 2 3 4 5
for(set<int>::iterator it=setInt.begin(); it!=setInt.end(); ++it)
{
      int elem = *it;
      cout << elem;    //或直接使用cout << *it
}

2.6 set/multiset的大小

set.size();	//返回容器中元素的数目
set.empty();//判断容器是否为空
//注意事项： 它们没有resize 方法

set<int> setIntA;
setIntA.insert(3);
setIntA.insert(1);
setIntA.insert(7);
setIntA.insert(5);
setIntA.insert(9);

if (!setIntA.empty())
{
	int iSize = setIntA.size();		//5
}

2.7 set/multiset的删除

set.clear();		 //清除所有元素
set.erase(pos);     //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
set.erase(beg,end);	  //删除区间[beg,end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器。
set.erase(elem);     //删除容器中值为elem的元素。

//删除区间内的某个或某些元素
//setInt是用set<int>声明的容器，假设它内部现已包含按顺序的1, 2, 3, 4, 5, 6元素。
set<int>::iterator itBegin=setInt.begin();
++ itBegin;
set<int>::iterator itEnd=setInt.begin();
++ itEnd;
++ itEnd;
++ itEnd;
setInt.erase(itBegin,itEnd);
//此时容器setInt包含按顺序的1, 4, 5, 6四个元素。

//删除容器中第一个元素
setInt.erase(setInt.begin());		//4, 5, 6

//删除容器中值为5的元素
setInt.erase(5);               //4, 6


//删除setInt的所有元素
setInt.clear();			//容器为空

2.8 set/multiset的查找

set.find(elem);   //查找elem元素，返回指向elem元素的迭代器。
set.count(elem);   //返回容器中值为elem的元素个数。对set来说，要么是0，要么是1。对multiset来说，值可能大于1。
set.lower_bound(elem);  //返回第一个>=elem元素的迭代器。
set.upper_bound(elem);	   //  返回第一个>elem元素的迭代器。
set.equal_range(elem);		//返回容器中与elem相等的上下限的两个迭代器。上限是闭区间，下限是开区间，如[beg,end)。以上函数返回两个迭代器，而这两个迭代器被封装在pair中。



set<int> setInt;
setInt.insert(1);
setInt.insert(2);
setInt.insert(3);
setInt.insert(4);
setInt.insert(5);

set<int>::iterator it1 = setInt.find(4);
int elem1 = *it1;		//elem1 == 4
int iCount = setInt.count(3);	//iCount == 1

set<int>::iterator it2 = setInt.lower_bound(3);
set<int>::iterator it3 = setInt.upper_bound(3);
int elem2 = *it2;	//i2 == 3
int elem3 = *it3;   //i3 == 4

pair< set<int>::iterator, set<int>::iterator > pairIt = setInt.equal_range(5);  

---

3 set和multiset中的排序方法

当我们往set或者multiset中插入的元素时，就会进行对元素之间进行比较，STL中是通过函数对象实现的，也被成为仿函数。使用函数对象而不是直接进行函数重载，是为了我们可以自定义比较方式，我们只需要定义自己的函数对象，就定义了完成了我们对排序方式的自定义。

仿函数概念：

• 尽管函数指针被广泛用于实现函数回调，但C++还提供了一个重要的实现回调函数的方法，那就是函数对象。
• functor，翻译成函数对象，伪函数，它是是重载了“()”操作符的普通类对象。从语法上讲，它与普通函数行为类似。
• functional头文件中包含的 greater<>与less<>就是函数对象。

看一下set的模板声明部分：

下面举出greater 和 less的简易实现原理：

struct greater
{
bool operator() (const int& iLeft, const int& iRight) const
{
       return (iLeft>iRight);   
}
}

struct less
{
bool operator() (const int& iLeft, const int& iRight) const
{
       return (iLeft<iRight);    
}
}

set/setmulti容器就是调用函数对象的operator()方法去比较两个值的大小。

下面给出示例程序：

#include <set>
#include <iostream>
#include <functional>
#include <algorithm>

using namespace std;

class student {
public:
	student(int age) {
		this->age = age;
	}

	bool operator < (const student &right) const{
		return this->age > right.age;
	}

	int getAge() const { return age; }

private:
	int age;
	string name;

};

class FunStudent{
public:
	bool operator () (const student &left, const student &right){
		cout<<"调用了 FunStudent ."<<endl;
		ret  = left.getAge() < right.getAge();
		return ret;
	}

public:
	int ret;
};

int main(void) {
	
	//less 函数对象实现比较，为排序提供依据
	//less 和greater 都是函数对象，有叫仿函数
	//set<int,less<int>> set1;

	set<int,greater<int>> set1;

	for(int i=5; i>0; i--){
		set1.insert(i);
	}
	//less<student>
	set<student, FunStudent>   setStu;  //等同于 set<student,less<student>>
	student  lixiaohua(18);
	student  wangdachui(19);

	//函数对象(仿函数)可以像函数一样直接调用
	FunStudent   funStu;
	 funStu(lixiaohua, wangdachui);
	cout<<"比较结果："<<funStu.ret<<endl;

	setStu.insert(lixiaohua);
	setStu.insert(wangdachui);

	for (set<student, FunStudent>::iterator it = setStu.begin(); it != setStu.end(); it++) {
		cout << it->getAge() ;
		cout << " ";
	}

	system("pause");
	return 0;
}

---

参考资料：

1. C/C++从入门到精通-高级程序员之路【奇牛学院】