C++中的 set和multiset

multiset是关联容器,是排好序的集合,并且集合中的元素可以重复
因为是关联容器,所以想要更改一个元素的值需要先删除再添加。

类模板

multiset类模板定义如下:

template <class Key, class Pred = less<Key>, class B = allocator<Key> > class multiset {
    ...
};

第一个参数 Key是元素类型,第二个参数Pred是容器中元素的排序规则,可以是函数对象类也可以是函数指针类。第三个参数一般不适用。
在排序时使用Pred参数来判断大小,Pred是用 <运算符来判断的,所以元素类型应该可以进行 < 比较,即必要时重载 < 运算符。
Pred参数默认是 less,less是函数对象类模板,定义如下:

template <class_Tp>
struct less
{
    bool operator() (const _Tp &__x, const _Tp &__y) const
    { return __x < __y; }
};

less<类型>是从小到大排序,greater<类型>是从大到小排序

常用成员函数

成员函数或成员函数模板作 用
iterator find (const T & val);在容器中查找第一个值为 val 的元素,返回其迭代器。如果找不到,返 回 end()
iterator insert( const T & val);将 val 插入容器中并返回其迭代器
void insert(iterator first, iterator last);将区间 [first, last) 中的元素插人容器
int count( const T & val);统计有多少个元素的值和 val 相等
iterator lower_bound( const T & val);查找一个最大的位置 it,使得 [begin(), it) 中所有的元素者比 val 小
iterator upper_bound( const T & val);查找一个最小的位置 it,使得 [it, end()) 中所有的元素都比 val 大
pair <iterator, iterator > equal_range (const T & val);同时求得 lower_bound 和 upper_bound
iterator erase(iterator it);删除 it 指向的元素,返回其后面的元素的迭代器(Visual Studio 2010 中如此,但是在 C++ 标准和 Dev C++ 中,返回值不是这样)
iterator erase(iterator first, iterator last);删除区间 [first, last),返回 last(Visual Studio 2010 中如此,但是在 C++ 标准和 Dev C++ 中,返回值不是这样)

在比较大小时用的是 < 和 > 同时为假,而不是 ==

set

与multiset的唯一区别就是不能有重复元素
另外

insert成员函数为
pair<iterator, bool> insert(const T & val);
pair第二个参数(second)为是否插入成功,插入成功第一个参数(first)指向插入元素迭代器。没有插入成功指向原有元素迭代器。

<think>嗯,我现在需要理解C++set、unordered_setmultiset之间的区别。首先,我回忆一下,这些都是容器,属于STL的一部分。但具体每个有什么特点呢? 我记得set是一个有序的集合,里面的元素是唯一的,按照某种顺序排列。而unordered_set可能和哈希表有关,元素是无序的。multiset应该允许重复的元素,对吗?但是具体它们之间的区别可能需要更详细的对比。 首先,数据结构方面。set通常是用红黑树实现的,这样元素可以自动排序,保持有序状态。而unordered_set应该是基于哈希表,所以元素存储的位置由哈希函数决定,没有特定的顺序。multisetset类似,但允许重复元素,所以它应该也是用红黑树,但节点可以存储多个相同值。 接下来是元素唯一性。set和unordered_set的元素都是唯一的,不能重复。而multiset允许重复,所以插入相同的元素不会失败。同样,unordered_multiset应该也有类似的功能,但基于哈希表,允许重复且无序。 关于性能,查找操作在set是O(log n),因为红黑树是平衡二叉搜索树。而unordered_set的查找平均是O(1),最坏情况可能是O(n),比如哈希冲突很多的时候。插入和删除操作的时间复杂度应该类似,set是O(log n),unordered_set平均O(1)。multiset的插入删除也是O(log n),因为需要维护顺序。而unordered_multiset则平均O(1)。 迭代器的稳定性方面,setmultiset在插入或删除元素时,除了被操作的元素,其他元素的迭代器不会失效。而unordered_set和unordered_multiset在rehash的时候,所有迭代器都可能失效,所以稳定性差一些。 内存占用的话,哈希表结构的容器可能需要更多内存,因为需要维护哈希桶,而红黑树的结构可能更紧凑一些。 应用场景的话,如果需要有序访问元素,或者频繁进行范围查询,应该用setmultiset。如果更关注快速查找、插入和删除,并且不需要顺序,那么unordered系列更好。multiset和unordered_multiset适用于允许重复元素的场景。 还有,头文件方面,setmultiset在<set>头文件里,unordered系列在<unordered_set>里。C++标准方面,unordered系列是C++11引入的,而setmultiset则更早。 比如,当需要统计单词出现次数并且需要按字母顺序输出时,可以用multiset。而如果是高频的查找操作,比如缓存系统,用unordered_set会更高效。 可能的问题还有它们的内部实现细节,比如哈希函数的选择对unordered_set性能的影响。还有,当元素频繁插入删除时,两种结构的性能差异。此外,如何选择是否允许重复元素,以及是否需要有序遍历等因素。</think>### C++`set`、`unordered_set`、`multiset`的区别对比 #### 1. **数据结构与元素特性** - **`set`** - 基于红黑树(平衡二叉搜索树)实现,元素**有序**且**唯一**。 - 插入/删除/查找时间复杂度:$O(\log n)$。 - 适用场景:需有序遍历或范围查询(如找最小/最大值)[^1][^3]。 - **`unordered_set`** - 基于哈希表实现,元素**无序**且**唯一**。 - 插入/删除/查找平均时间复杂度:$O(1)$(最坏情况$O(n)$,取决于哈希冲突)。 - 适用场景:高频查找且无需顺序,例如缓存机制[^2]。 - **`multiset`** - 类似`set`,但允许**重复元素**,基于红黑树实现,元素有序。 - 插入/删除/查找时间复杂度:$O(\log n)$。 - 适用场景:统计有序重复数据(如按分数排序的成绩表)[^3]。 - **`unordered_multiset`** - 类似`unordered_set`,但允许**重复元素**,基于哈希表实现,元素无序。 - 插入/删除/查找平均时间复杂度:$O(1)$[^3]。 #### 2. **功能特性对比** | 特性 | `set` | `unordered_set` | `multiset` | `unordered_multiset` | |--------------------|----------------|------------------|-----------------|----------------------| | 元素唯一性 | ✔️ | ✔️ | ❌(允许重复) | ❌(允许重复) | | 元素顺序 | 有序 | 无序 | 有序 | 无序 | | 底层结构 | 红黑树 | 哈希表 | 红黑树 | 哈希表 | | 头文件 | `<set>` | `<unordered_set>`| `<set>` | `<unordered_set>` | | 迭代器稳定性 | 稳定(插入/删除不影响其他迭代器) | 可能失效(哈希表扩容时) | 同`set` | 同`unordered_set` | #### 3. **性能分析** - **查找性能** - `unordered_set`通常优于`set`(哈希表平均$O(1)$ vs. 红黑树$O(\log n)$)。 - 但哈希表性能受负载因子和哈希函数影响,极端情况下可能退化为$O(n)$[^2]。 - **插入/删除性能** - `unordered_set`插入/删除平均更快,但需处理哈希冲突;`set`在有序插入时可能更高效(避免频繁调整哈希表)。 - **内存占用** - `unordered_set`因哈希表需预分配桶空间,内存占用通常高于`set`。 #### 4. **应用场景示例** - **`set`** - 需要有序且唯一的数据,如字典单词存储。 - **`unordered_set`** - 高频查询且无需顺序,如URL去重。 - **`multiset`** - 有序且允许重复,如按时间戳记录事件。 - **`unordered_multiset`** - 高频插入/删除且允许重复,如实时统计词频。 #### 5. **代码示例** ```cpp #include <set> #include <unordered_set> int main() { // set(有序唯一) std::set<int> s = {3, 1, 4, 1, 5}; // 实际存储 {1, 3, 4, 5} // unordered_set(无序唯一) std::unordered_set<int> us = {3, 1, 4, 1, 5}; // 存储顺序不确定 // multiset(有序可重复) std::multiset<int> ms = {3, 1, 4, 1, 5}; // 存储 {1, 1, 3, 4, 5} // unordered_multiset(无序可重复) std::unordered_multiset<int> ums = {3, 1, 4, 1, 5}; // 存储顺序不确定 return 0; } ```
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