C++ set替换vector进行优化

原创已于 2025-05-08 20:52:18 修改 · 297 阅读

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#c++ #开发语言

于 2025-05-08 20:35:23 首次发布

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#include <iostream>
#include <set>

int main() {
	// 创建一个存储整数的std::set
	std::set<int> mySet;

	// 插入元素
	mySet.insert(300);
	mySet.insert(1);
	mySet.insert(2);
	mySet.insert(3);  
	mySet.insert(3);  // 重复元素不会被插入
	mySet.insert(300);  // 重复元素不会被插入
	mySet.insert(300);  // 重复元素不会被插入

	// 输出集合中的元素
	std::cout << "Set elements: ";
	for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); ++it)
	{
		std::cout << *it << " ";
	}
	std::cout << std::endl;

	// 查找元素
	auto findIt = mySet.find(2);
	if (findIt != mySet.end())
	{
		std::cout << "Element 2 found in the set." << std::endl;
	} 
	else
	{
		std::cout << "Element 2 not found in the set." << std::endl;
	}

	// 删除元素
	mySet.erase(1);
	std::cout << "Set elements after erasing 1: ";
	for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); ++it)
	{
		std::cout << *it << " ";
	}
	std::cout << std::endl;

	// 检查集合是否为空
	if (mySet.empty()) 
	{
		std::cout << "The set is empty." << std::endl;
	}
	else
	{
		std::cout << "The set is not empty." << std::endl;
	}

	// 获取集合的大小
	std::cout << "The size of the set is: " << mySet.size() << std::endl;

	// 清除集合中所有内容
	mySet.clear();
	std::cout << "Set elements after clearing: ";
	for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); ++it)
	{
		std::cout << *it << " ";
	}
	std::cout << std::endl;

	// 再次检查集合是否为空
	if (mySet.empty())
	{
		std::cout << "The set is empty after clearing." << std::endl;
	} 
	else 
	{
		std::cout << "The set is not empty after clearing." << std::endl;
	}

	return 0;
}

在这里插入图片描述

代码解释：

创建集合：使用std::set<int> mySet;创建一个存储整数的std::set。
插入元素：通过insert方法向集合中插入元素，重复元素不会被插入。
遍历集合：使用迭代器遍历集合中的元素并输出。
查找元素：使用find方法查找指定元素，如果找到则返回指向该元素的迭代器，否则返回end()。
删除元素：使用erase方法删除指定元素。
检查集合是否为空：使用empty方法检查集合是否为空。
获取集合大小：使用size方法获取集合中元素的数量。

底层原理

在C++标准库中，std::set 是一个关联容器，用于存储唯一的元素，并且这些元素会按照一定的顺序排列（默认是升序）。它的底层通常基于红黑树（Red - Black Tree）这种自平衡二叉搜索树（Self - Balancing Binary Search Tree）来实现

1. 二叉搜索树基础

二叉搜索树（Binary Search Tree，BST）是一种二叉树，对于树中的每个节点，其左子树中的所有节点的值都小于该节点的值，而右子树中的所有节点的值都大于该节点的值。这种特性使得在二叉搜索树中进行查找、插入和删除操作的平均时间复杂度为 $O (l o g n)$ ，其中 $n$ 是树中节点的数量。

2. 红黑树的特性

红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它在每个节点上增加了一个存储位来表示节点的颜色（红色或黑色）。通过对任何一条从根到叶子的路径上各个节点着色方式的限制，红黑树确保没有一条路径会比其他路径长出两倍，因而是接近平衡的。红黑树必须满足以下五个性质：

每个节点要么是红色，要么是黑色。
根节点是黑色。
每个叶子节点（NIL节点，空节点）是黑色的。
如果一个节点是红色的，则它的两个子节点都是黑色的。
对每个节点，从该节点到其所有后代叶节点的简单路径上，均包含相同数目的黑色节点。

3. `std::set` 基于红黑树的实现优势

有序性：由于红黑树是一种二叉搜索树，插入到 std::set 中的元素会根据元素的键值自动排序。例如，插入整数时会按照从小到大的顺序排列。
唯一性：在插入元素时，红黑树会进行比较，如果发现元素已经存在，则不会插入，保证了 std::set 中元素的唯一性。
高效的查找、插入和删除操作：红黑树的自平衡特性保证了树的高度始终保持在 $O (l o g n)$ 级别，因此查找、插入和删除操作的时间复杂度都是 $O (l o g n)$ 。