C++容器map

C++容器map详解

最新推荐文章于 2025-12-09 11:28:31 发布

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C++容器map

构造函数
元素访问
迭代器
容量大小
修改函数
查找计数
时间复杂度

https://cppreference.cn/w/cpp/container/map

存储唯一的、经过排序的键值对（key-value pairs）。可以通过唯一的键（key）来快速查找、插入或删除对应的值（value）。map 内部通常基于平衡二叉搜索树（如红黑树）实现

键值对：map 存储的是 std::pair<const Key, T> 类型的对象，其中 Key 是键，T 是值
唯一性：每个键在 map 中都是唯一的。尝试插入一个已存在的键会失败
有序性：元素根据键自动排序。默认按升序排列（使用 std::less<Key>）
平衡树实现：通常使用红黑树，保证了 O(log n) 的时间复杂度
不可变键：一旦插入，键的值不能被修改（因为键是 const 的），否则会破坏排序。如果需要“修改”键，必须先删除再重新插入

构造函数

1、默认构造函数

std::string getStringFromU8string(const std::u8string& u8str) {
	return std::string(reinterpret_cast<const char*>(u8str.data()), u8str.size());
}

std::u8string getU8stingFromString(const std::string& str) {
	return std::u8string(reinterpret_cast<const char8_t*>(str.data()), str.size());
}
int main()
{
	system("chcp 65001");
	// 默认构造函数
	std::map<std::u8string, int> map1;
	map1.insert({ u8"北京", 3 });

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
	for (auto it : map1)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

2、初始化列表构造函数

int main()
{
	system("chcp 65001");
	// 初始列表构造函数
	std::map<std::u8string, int> map1 = { {u8"北京",3},{u8"上海",4} };

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
	for (auto it : map1)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

3、范围构造函数

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::vector<std::pair<std::u8string, int>> vec1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};
	// 范围构造函数
	std::map<std::u8string, int> map1(vec1.begin(), vec1.end());

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
	for (auto it : map1)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

4、拷贝构造函数

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};
	// 拷贝构造函数
	std::map<std::u8string, int> map2(map1);

	cout << "map2.size()-> " << map2.size() << endl;
	cout << "map2.max_size()-> " << map2.max_size() << endl;
	cout << "map2.empty()-> " << boolalpha << map2.empty() << endl;
	for (auto it : map2)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

5、移动构造函数

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};
	// 移动构造函数
	std::map<std::u8string, int> map2(std::move(map1));

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map2.max_size()-> " << map2.max_size() << endl;
	cout << "map2.empty()-> " << boolalpha << map2.empty() << endl;
	for (auto it : map2)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

元素访问

函数	描述
`m[key]`	下标访问。如果 `key` 不存在，会插入一个用默认值构造的 `T` 并返回其引用。如果存在，返回对应值的引用
`m.at(key)`	访问键 `key` 对应的值。如果 `key` 不存在，抛出 `std::out_of_range` 异常

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};


	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;

	// 单个值获取
	cout << "map1[]-> " << map1[u8"测试"] << endl;
	cout << "map1[]-> " << map1.at(u8"测试") << endl;

	for (auto it : map1)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}
}

迭代器

函数	描述
`begin()` / `end()`	返回指向首元素和尾后位置的正向迭代器。
`rbegin()` / `rend()`	返回指向末元素和首前位置的反向迭代器。
`cbegin()` / `cend()`	返回常量正向迭代器。
`crbegin()` / `crend()`	返回常量反向迭代器。

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};

	for (auto it : map1)
	{
		cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}

	for (auto it = map1.begin(); it != map1.end(); it++)
	{
		cout << "begin-end, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}

	for (auto it = map1.cbegin(); it != map1.cend(); it++)
	{
		cout << "cbegin-cend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}

	for (auto it = map1.rbegin(); it != map1.rend(); it++)
	{
		cout << "rbegin-rend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}

	for (auto it = map1.crbegin(); it != map1.crend(); it++)
	{
		cout << "crbegin-crend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}
}

容量大小

函数	描述
`empty()`	如果 map 为空，返回 `true`
`size()`	返回元素数量
`max_size()`	返回容器可容纳的最大元素数量

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
}

修改函数

函数	描述
`insert(pair)`	插入一个 `std::pair`。返回 `std::pair<iterator, bool>`，`bool` 表示是否插入成功
`insert({key, value})`	直接插入键值对
`insert(hint, pair)`	提供插入位置的提示 `hint`，可能提高效率
`emplace(args...)`	就地构造一个 `std::pair` 并插入。返回 `std::pair<iterator, bool>`
`erase(key)`	删除键为 `key` 的元素，返回删除的元素数量（0 或 1）
`erase(it)`	删除迭代器 `it` 指向的元素
`erase(first, last)`	删除范围 `[first, last)` 的元素
`clear()`	删除所有元素
`swap(other)`	与另一个 map 交换内容

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4}
	};

	// 插入数据
	map1.insert({ u8"广州",5 });
	map1.insert(std::pair(u8"深圳", 6));
	map1.insert(map1.begin(), std::pair(u8"测试", 7));
	map1.emplace(std::pair(u8"哈哈", 8));
	map1.try_emplace(u8"呵呵", 9);

	cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;
	cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;
	cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
	for (auto it : map1)
	{
		cout << "insert,key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}

	// 删除
	map1.erase(u8"哈哈");
	map1.erase(++map1.begin());
	map1.erase(++map1.begin(), --map1.end());
	for (auto it : map1)
	{
		cout << "erase,key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;
	}

	map1.clear();
}

查找计数

函数	描述
`find(key)`	查找 `key`，返回指向它的迭代器；未找到返回 `m.end()`
`count(key)`	返回 `key` 在 map 中的数量（0 或 1）
`contains(key)`	(C++20) 检查 `key` 是否存在于 map 中，返回 `bool`
`lower_bound(key)`	返回指向第一个不小于 `key` 的元素的迭代器
`upper_bound(key)`	返回指向第一个大于 `key` 的元素的迭代器
`equal_range(key)`	返回一个 `std::pair`，包含 `lower_bound` 和 `upper_bound` 的结果

int main()
{
	system("chcp 65001");
	std::map<std::u8string, int> map1 = {
	  {u8"北京",3},{u8"上海",4},{ u8"广州",5 },{u8"深圳", 6}
	};

	// 查找
	auto it = map1.find(u8"北京");
	if (it != map1.end())
	{
		cout << "map1.find()-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}
	// 计数		
	cout << "set1.count(2))-> " << map1.count(u8"北京") << endl;
	// 包含
	cout << "set1.contains(2))-> " << boolalpha << map1.contains(u8"北京") << endl;

	// lower_bound
	it = map1.lower_bound(u8"上海");
	if (it != map1.end())
	{
		cout << "set1.lower_bound(2)-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}

	// upper_bound
	it = map1.upper_bound(u8"广州");
	if (it != map1.end())
	{
		cout << "set1.upper_bound(2)-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}

	// equal_range
	auto pair = map1.equal_range(u8"深圳");
	for (auto it = pair.first; it != pair.second; ++it) {
		std::cout << "equal_range-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;
	}
}

时间复杂度

操作	时间复杂度
`insert` / `emplace`	O(log n)
`erase` (键)	O(log n)
`erase` (迭代器)	O(1) 摊销
`find` / `count` / `at`	O(log n)
`operator[]`	O(log n) (可能涉及插入)
`lower_bound` / `upper_bound`	O(log n)
`size` / `empty`	O(1)
`begin` / `end`	O(1)