C++ 初识关联式容器和set

C++ 初识关联式容器和set

1. 关联式容器

引言：在初阶阶段，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。那什么是关联式容器？它与序列式容器有什么区别？
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。

SGI-STL中关于键值对的定义：

template <class T1, class T2>
struct pair
{
 typedef T1 first_type;
 typedef T2 second_type;
 T1 first;
 T2 second;
 pair(): first(T1()), second(T2())
 {}

 pair(const T1& a, const T2& b): first(a), second(b)
 {}
};

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。下面依次介绍每一个容器。

4.set

4.1set的介绍

set的文档介绍（来自cplusplus官网）
翻译：

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。
   重点：
6. 与map/multimap不同，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。
7. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
8. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
9. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
10. set中的元素默认按照小于来比较
11. set中查找某个元素，时间复杂度为：log2N
12. set中的元素不允许修改(为什么?因为其底层是二叉树搜索树不能破坏树的平衡和规则)
13. set中的底层二叉搜索树(红黑树)实现的。

4.2set的使用

1. set的模板参数列表
   
   T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
   Compare：set中元素默认按照小于来比较
   Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理
2. set的构造

函数声明	功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& =Allocator() );	构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare&comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	用[first, last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);	set的拷贝构造

3. set的迭代器

函数声明	功能介绍
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器

4. set的容量

函数声明	功能介绍
bool empty ( ) const	检测set是否为空，空返回true，否则返回true
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

5. set修改操作

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )	在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first,iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap (set<Key,Compare,Allocator> &st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的个数

6. set的使用举例

#include <set>
#include<string>
void test_map_set1()
{
	set<int> s;
	s.insert(1);
	s.insert(5);
	s.insert(3);
	s.insert(9);
	s.insert(7);
	set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
	//删除
	auto pos = s.find(5);
	if (pos != s.end())
	{
		s.erase(pos);
	}
	else
	{
		cout << "找不到" << endl;
	}
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

}

set可以实现增删查的功能，其时间复杂度为O(logN),主要对普通值进行查找调用set<int> s; s.find()其底层调用的是二叉搜索树所以其效率很高，如果修改set中的值会破坏二叉搜索树，所以set不能用来修改，普通算法库中的find()函数底层为普通查找效率很低，时间复杂度为O(N)。所以set是一种快速查找排序的关联式容器。