c++ std::unordered_set、std::unordered_map、std::unordered_multiset、std::unordered_multimap使用笔记

std::unordered_set、std::unordered_map、std::unordered_multiset 和 std::unordered_multimap 是 C++ 标准库中的无序关联容器，基于哈希表实现。它们提供了快速的查找、插入和删除操作。

1. std::unordered_set

• 定义: 存储唯一元素的集合，元素无序。
• 使用场景: 需要快速查找元素是否存在，且不关心元素的顺序。
• 简单使用:

  #include <unordered_set>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::unordered_set<int> uset = {1, 2, 3, 4, 5};
  
      // 插入元素
      uset.insert(6);
  
      // 查找元素
      if (uset.find(3) != uset.end()) {
          std::cout << "3 found in set" << std::endl;
      }
  
      // 删除元素
      uset.erase(2);
  
      // 遍历
      for (const auto& elem : uset) {
          std::cout << elem << " ";
      }
      return 0;
  }
  

2. std::unordered_map

• 定义: 存储键值对的集合，键唯一，元素无序。
• 使用场景: 需要快速通过键查找对应的值，且不关心键值对的顺序。
• 简单使用:

  #include <unordered_map>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::unordered_map<std::string, int> umap = {{"apple", 1}, {"banana", 2}};
  
      // 插入键值对
      umap["cherry"] = 3;
  
      // 查找键
      if (umap.find("banana") != umap.end()) {
          std::cout << "banana found, value: " << umap["banana"] << std::endl;
      }
  
      // 删除键值对
      umap.erase("apple");
  
      // 遍历
      for (const auto& pair : umap) {
          std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
      }
      return 0;
  }
  

3. std::unordered_multiset

• 定义: 存储元素的集合，元素可以重复，元素无序。
• 使用场景: 需要快速查找元素是否存在，且允许重复元素。
• 简单使用:

  #include <unordered_set>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::unordered_multiset<int> umset = {1, 2, 2, 3, 4, 4, 4};
  
      // 插入元素
      umset.insert(5);
  
      // 查找元素
      if (umset.find(2) != umset.end()) {
          std::cout << "2 found in multiset" << std::endl;
      }
  
      // 删除元素
      umset.erase(4);
  
      // 遍历
      for (const auto& elem : umset) {
          std::cout << elem << " ";
      }
      return 0;
  }
  

4. std::unordered_multimap

• 定义: 存储键值对的集合，键可以重复，元素无序。
• 使用场景: 需要快速通过键查找对应的值，且允许键重复。
• 简单使用:

  #include <unordered_map>
  #include <iostream>
  
  int main() {
      std::unordered_multimap<std::string, int> ummap = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"apple", 3}};
  
      // 插入键值对
      ummap.insert({"cherry", 4});
  
      // 查找键
      auto range = ummap.equal_range("apple");
      for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
          std::cout << "apple: " << it->second << std::endl;
      }
  
      // 删除键值对
      ummap.erase("banana");
  
      // 遍历
      for (const auto& pair : ummap) {
          std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
      }
      return 0;
  }
  

优缺点

• 优点:
  • 快速查找、插入和删除: 平均时间复杂度为 O(1)。
  • 灵活性: 支持自定义哈希函数和键比较函数。
• 缺点:
  • 无序: 元素存储顺序不确定。
  • 内存开销: 哈希表需要额外的内存来维护哈希桶。
  • 哈希冲突: 哈希函数设计不当可能导致性能下降。

使用场景

• std::unordered_set: 需要快速检查元素是否存在，且不关心顺序。
• std::unordered_map: 需要快速通过键查找值，且不关心顺序。
• std::unordered_multiset: 需要快速检查元素是否存在，且允许重复元素。
• std::unordered_multimap: 需要快速通过键查找值，且允许键重复。

这些容器在需要高效查找、插入和删除操作的场景中非常有用，尤其是在元素顺序不重要的情况下。