SGISTL源码阅读二十 map关联式容器

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#map #STL #容器

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本文深入探讨SGISTL源码中map和multimap的实现原理，包括红黑树作为底层数据结构，map的键值唯一性与multimap的键值重复性的区别，以及各种操作如插入、查找、删除的实现细节。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

SGISTL源码阅读二十 map关联式容器

前言

map是一种关联式容器，底层同样是红黑树实现的，所有的元素都会根据元素的键值自动被排序。map中所有的元素pair，pair将两个数据合成一个，将pair的第一个值视为键值，第二个值视为实值，非常符合key``````value的要求。
我们知道set保证了数据的唯一性，map也一样，在map中不允许两个元素拥有相同的键值。

深入源码

`map`的定义部分

#ifndef __STL_LIMITED_DEFAULT_TEMPLATES
template <class Key, class T, class Compare = less<Key>, class Alloc = alloc>
#else
template <class Key, class T, class Compare, class Alloc = alloc>
#endif
class map {
public:
  typedef Key key_type;
  typedef T data_type;
  typedef T mapped_type;
  typedef pair<const Key, T> value_type;
  typedef Compare key_compare;
  //仿函数,它的作用是调用元素比较大小标准函数
  class value_compare
    : public binary_function<value_type, value_type, bool> {
  friend class map<Key, T, Compare, Alloc>;
  protected :
    Compare comp;
    value_compare(Compare c) : comp(c) {}
  public:
    bool operator()(const value_type& x, const value_type& y) const {
      return comp(x.first, y.first);
    }
  };

private:
  typedef rb_tree<key_type, value_type,
                  select1st<value_type>, key_compare, Alloc> rep_type;
  //底层以红黑树实现
  rep_type t;  // red-black tree representing map
  public:
  //声明别名
  typedef typename rep_type::pointer pointer;
  typedef typename rep_type::const_pointer const_pointer;
  typedef typename rep_type::reference reference;
  typedef typename rep_type::const_reference const_reference;
  typedef typename rep_type::iterator iterator;
  typedef typename rep_type::const_iterator const_iterator;
  typedef typename rep_type::reverse_iterator reverse_iterator;
  typedef typename rep_type::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
  typedef typename rep_type::size_type size_type;
  typedef typename rep_type::difference_type difference_type;
  //...

`map`的构造函数

  //默认构造函数或者自己传入的大小比较标准
  map() : t(Compare()) {}
  explicit map(const Compare& comp) : t(comp) {}

#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  //迭代器范围构造
  template <class InputIterator>
  map(InputIterator first, InputIterator last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }

  template <class InputIterator>
  map(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }
#else
  map(const value_type* first, const value_type* last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }
  map(const value_type* first, const value_type* last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }

  map(const_iterator first, const_iterator last)
    : t(Compare()) { t.insert_unique(first, last); }
  //拷贝构造函数
  //直接对红黑树进行复制就行了
  map(const_iterator first, const_iterator last, const Compare& comp)
    : t(comp) { t.insert_unique(first, last); }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

操作符重载

template <class Key, class T, class Compare, class Alloc>
inline bool operator==(const map<Key, T, Compare, Alloc>& x,
                       const map<Key, T, Compare, Alloc>& y) {
  return x.t == y.t;
}

template <class Key, class T, class Compare, class Alloc>
inline bool operator<(const map<Key, T, Compare, Alloc>& x,
                      const map<Key, T, Compare, Alloc>& y) {
  return x.t < y.t;
}

`map`的相关操作

这些相关操作都是直接调用底层红黑树提供的方法

  key_compare key_comp() const { return t.key_comp(); }
  value_compare value_comp() const { return value_compare(t.key_comp()); }
  iterator begin() { return t.begin(); }
  const_iterator begin() const { return t.begin(); }
  iterator end() { return t.end(); }
  const_iterator end() const { return t.end(); }
  reverse_iterator rbegin() { return t.rbegin(); }
  const_reverse_iterator rbegin() const { return t.rbegin(); }
  reverse_iterator rend() { return t.rend(); }
  const_reverse_iterator rend() const { return t.rend(); }
  bool empty() const { return t.empty(); }
  size_type size() const { return t.size(); }
  size_type max_size() const { return t.max_size(); }
  T& operator[](const key_type& k) {
    return (*((insert(value_type(k, T()))).first)).second;
  }
  void swap(map<Key, T, Compare, Alloc>& x) { t.swap(x.t); }
  //...
  
  iterator find(const key_type& x) { return t.find(x); }
  const_iterator find(const key_type& x) const { return t.find(x); }
  size_type count(const key_type& x) const { return t.count(x); }
  iterator lower_bound(const key_type& x) {return t.lower_bound(x); }
  const_iterator lower_bound(const key_type& x) const {
    return t.lower_bound(x);
  }
  iterator upper_bound(const key_type& x) {return t.upper_bound(x); }
  const_iterator upper_bound(const key_type& x) const {
    return t.upper_bound(x);
  }

  pair<iterator,iterator> equal_range(const key_type& x) {
    return t.equal_range(x);
  }
  pair<const_iterator,const_iterator> equal_range(const key_type& x) const {
    return t.equal_range(x);
  }

插入删除操作

 // insert/erase
  pair<iterator,bool> insert(const value_type& x) { return t.insert_unique(x); }
  iterator insert(iterator position, const value_type& x) {
    return t.insert_unique(position, x);
  }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  void insert(InputIterator first, InputIterator last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
#else
  void insert(const value_type* first, const value_type* last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
  void insert(const_iterator first, const_iterator last) {
    t.insert_unique(first, last);
  }
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

  void erase(iterator position) { t.erase(position); }
  size_type erase(const key_type& x) { return t.erase(x); }
  void erase(iterator first, iterator last) { t.erase(first, last); }
  void clear() { t.clear(); }

`map`的基本方法总结

begin()          返回指向map头部的迭代器
clear(）         删除所有元素
count()          返回指定元素出现的次数
empty()          如果map为空则返回true
end()            返回指向map末尾的迭代器
equal_range()    返回特殊条目的迭代器对
erase()          删除一个元素
find()           查找一个元素
get_allocator()  返回map的配置器
insert()         插入元素
key_comp()       返回比较元素key的函数
lower_bound()    返回键值>=给定元素的第一个位置
max_size()       返回可以容纳的最大元素个数
rbegin()         返回一个指向map尾部的逆向迭代器
rend()           返回一个指向map头部的逆向迭代器
size()           返回map中元素的个数
swap()            交换两个map
upper_bound()     返回键值>给定元素的第一个位置
value_comp()      返回比较元素value的函数

`map`的简单使用示例

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{
    map<int, string> mymap;
    //字定义pair
    pair<int, string> val(2, "45");
    mymap.insert(make_pair(1, "23"));
    mymap.insert(val);
    // 使用下标操作符插入
    mymap[3] = "55";
    mymap[5] = "33";

    map<int, string>::iterator ite1 = mymap.begin();
    map<int, string>::iterator ite2 = mymap.end();
    //遍历,注意迭代器指向的是pair,要访问key或者value不能直接取值
    while(ite1 != ite2)
    {
            cout << "key: " << ite1->first << "  value: " << ite1->second << endl;
            ite1++;
    }
    /* 最好使用map自带的find函数,因为底层是红黑树实现的,查找操作很快
     * 而STL算法中的find函数,后面我们会见识到
     */
    ite1 = mymap.find(4);
    if(ite1 == mymap.end())
    {
            cout << "not found" << endl;
    }
    else
    {
            cout << "i found it, the value is:" << ite1->second << endl;
    }

    return 0;
}

在这里插入图片描述

关于`multimap`

前面提到了，map不允许出现重复键值，而multimap则可以，这是它们之间的唯一差别，这是因为调用红黑树的插入操作函数不同造成而造成的区别。map调用的是insert_unique函数而multimap调用的是insert_equal函数

深入源码

以下仅贴出部分multimap和map的不同之处

  iterator insert(const value_type& x) { return t.insert_equal(x); }
  iterator insert(iterator position, const value_type& x) {
  //调用了insert_equal
    return t.insert_equal(position, x);
  }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
  template <class InputIterator>
  void insert(InputIterator first, InputIterator last) {
    t.insert_equal(first, last);
  }
#else
  void insert(const value_type* first, const value_type* last) {
    t.insert_equal(first, last);
  }
  void insert(const_iterator first, const_iterator last) {
    t.insert_equal(first, last);
  }