【C++中map和set的使用】

已于 2025-04-19 10:46:27 修改
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分类专栏： C++学习笔记 文章标签： c++ 开发语言
于 2024-11-11 16:29:59 首次发布
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【知识预告】

  1. 关联式容器
  2. 键值对
  3. 树形结构的关联式容器
  4. 底层结构

1 关联式容器

我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list(C++11)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。

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。

2 键值对

用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value表示与key对应的信息。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

3 树形结构的关联式容器

根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：树型结构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍每一个容器。

3.1 set

set文档介绍

  1. set是按照一定次序存储元素的容器
  2. 在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。
  3. 在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
  4. set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。
  5. set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

  1. map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。
  2. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
  3. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
  4. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。
  5. set中的元素默认按照小于来比较。
  6. set中查找某个元素，时间复杂度为：
  7. set中的元素不允许修改。
  8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

3.1.2 set的使用

直接看代码，简单易懂（有注释）。

int main()
{
	set<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(2);
	s.insert(6);
	s.insert(1);
	s.insert(1);
	s.insert(2);
	s.insert(5);
	s.insert(5);

	//auto it = s.begin();
	set<int>::iterator it = s.begin();  // 支持迭代器
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;  // 1 2 5 6    排序 + 去重

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;  // 1 2 5 6  支持范围for

	// 删除存在的
	s.erase(2);

	// 删除不存在的
	//set<int>::iterator it = s.find(3);
	it = s.find(30);
	if (it != s.end())
	{
		s.erase(it);
	}

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;  // 1 5 6

	if (s.count(3))    // 查找3在不在
	{
		cout << "3在" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "3不在" << endl;  // 3不在
	}

	return 0;
}

int main()
{
	set<int> myset;
	set<int>::iterator itlow, itup;

	for (int i = 1; i < 10; i++) myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

	//itlow = myset.lower_bound(30);
	itlow = myset.lower_bound(25);                  //  返回的是 >= val的iterator

	itup = myset.upper_bound(60);                 //    返回的是> val的iterator

	myset.erase(itlow, itup);                     // 10 20 70 80 90

	cout << "myset contains:";
	for (set<int>::iterator it = myset.begin(); it != myset.end(); ++it)
	{
		cout << ' ' << *it;
	}
	cout << '\n';
	// myset contains: 10 20 70 80 90

	return 0;
}

3.2 multiset

3.2.1 multiset的介绍

multiset文档介绍

  1. multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
  2. 在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
  3. 在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
  4. multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
  5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
  6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为O(logN)。
  7. multiset的作用：可以对元素进行排序。

3.2.2 multiset的使用

int main()
{
	multiset<int> s;
	s.insert(5);
	s.insert(2);
	s.insert(6);
	s.insert(1);
	s.insert(1);
	s.insert(2);
	s.insert(1);
	s.insert(5);
	s.insert(2);

	multiset<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;  // 1 1 1 2 2 2 5 5 6

	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;  // 1 1 1 2 2 2 5 5 6

	// 如果有多个值，find返回中序第一个val
	it = s.find(2);
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;  // 2 2 2 5 5 6

	// 查看有几个1
	cout << s.count(1) << endl;  // 3

	// [>=val, >val)
	//auto ret = s.equal_range(2);
	//s.erase(ret.first, ret.second);
	size_t n = s.erase(2);  // 删除全部的2
	cout << n << endl;  // 3
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;  // 1 1 1 5 5 6

	return 0;
}

3.3 map

3.3.1 map的介绍

map的文档简介

  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通常用于排序和唯一地标识元素，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:
  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通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

3.3.2 map的使用

int main()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));
	dict.insert(pair<const char*, const char*>("left", "左边"));

	// make_pair可以自动识别类型
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));  // 以后推荐这种写法

	// erase如果不存在，那就插入erase，并且使用默认val(一般是0)
	dict["erase"];
	cout << dict["erase"] << endl;

	// erase如果存在，那就是查找，返回的是erase的val(引用返回)
	dict["erase"] = "删除";  // 修改erase的val
	cout << dict["erase"] << endl;

	dict["test"] = "测试";
	dict["left"] = "左边、剩余";
	// 这里的方括号操作符，很神奇，功能很多

	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	map<string, string>::iterator it = dict.begin();
	while (it != dict.end())
	{
		cout << (*it).first << ":";
		cout << (*it).second << endl;

		//cout << it->second << endl;
		it++;
	}
	return 0;
}

int main()
{
	map<string, string> dict;
	dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));
	dict.insert(pair<string, string>("insert", "插入"));

	// make_pair可以自动识别类型
	dict.insert(make_pair("right", "右边"));

	dict["test"] = "测试";
	dict["left"] = "左边、剩余";

	string s1("xxx"), s2("yyy");
	dict.insert(make_pair(s1, s2));

	for (const auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}

	for (auto& kv : dict)
	{
		//kv.first += 'x';   // 报错
		kv.second += 'x';  // 不报错
		// first不可以修改，second可以修改

		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}

	return 0;
}

int main()
{
	// 统计水果出现的次数
	string arr[] = { "苹果","西瓜","苹果","西瓜","苹果",
				     "苹果","西瓜","苹果","香蕉","苹果","香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& str : arr)
	{
		auto ret = countMap.find(str);
		if (ret == countMap.end())
		{
			// 没有表示第一次出现，插入
			countMap.insert(make_pair(str, 1));
		}
		else
		{
			// 次数++
			ret->second++;
		 // (*ret).second++;
		}
	}

	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	// 苹果:6
	// 西瓜:3
	// 香蕉:2

	return 0;
}

int main()
{
	string arr[] = { "苹果","西瓜","苹果","西瓜","苹果",
				 	 "苹果","西瓜","苹果","香蕉","苹果","香蕉" };
	map<string, int> countMap;
	for (auto& str : arr)
	{
		countMap[str]++;
		// 方括号，给它一个key，它返回对应key的val（val的引用）
	}

	for (auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	// 苹果:6
	// 西瓜:3
	// 香蕉:2

	return 0;
}

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介绍

multimap文档介绍

  1. Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key, value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
  2. 在multimap中，通常按照key排序，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value_type组合在一起，value_type是组合key和value的键值对。
  3. 在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
  4. multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
  5. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

注意：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。

3.4.2 multimap的使用

  1. multimap中的key是可以重复的。
  2. multimap中的元素默认将key按照小于来比较。
  3. multimap中没有重载operator[]操作。
  4. 使用时与map包含的头文件相同。
int main()
{
	multimap<string, string> dict;
	dict.insert(make_pair("left", "左边"));
	dict.insert(make_pair("left", "剩余"));
	dict.insert(make_pair("left", "左边"));

	for (auto& kv : dict)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
	// left:左边
	// left:剩余
	// left:左边
	return 0;
}

例题：两个数组的交集

class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) 
    {
        // 排序 + 去重
        set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
        
        // set排过序，依次比较，小的一定不是交集，相等的是交集
        auto it1 = s1.begin();
        auto it2 = s2.begin();
        vector<int> ret;
        while(it1 != s1.end() && it2 != s2.end())
        {
             if(*it1 < *it2)
             {
                  it1++;
             }
             else if(*it2 < *it1)
             {
                  it2++;
             }
             else
             {
                  ret.push_back(*it1);
                  it1++;
                  it2++;
             }
        }
        return ret;
    }
};
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