【C++重点】std::map

C++ map 容器介绍

map 是 C++ 标准库中的一个关联容器，它存储键值对，每个键值对的键是唯一的。map 中的元素是按照键的排序顺序进行存储的（通常使用键的 < 运算符进行排序）。map 实现了一个自平衡的二叉查找树，通常是红黑树，这使得其查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)。

1. map 的基本特性

• 键唯一性：map 中的每个键都是唯一的。
• 键排序：map 按照键的顺序进行排序，默认使用 operator< 来排序键。你也可以自定义排序规则。
• 关联存储：每个键对应一个值，即每个键值对（key-value pair）。
• 自动排序：默认情况下，map 会按照键的升序进行排序，但你可以提供自定义的比较函数来改变排序顺序。

2. map 的常见操作

2.1 构造与初始化

#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    // 使用默认构造函数
    std::map<int, std::string> m;

    // 使用初始化列表
    std::map<int, std::string> m2 = {{1, "one"}, {2, "two"}, {3, "three"}};

    // 输出
    for (const auto& pair : m2) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

2.2 插入元素

你可以使用 insert() 或 [] 操作符来插入元素。

std::map<int, std::string> m;
m[1] = "apple";  // 使用 [] 插入
m.insert({2, "banana"});  // 使用 insert 插入

2.3 查找元素

使用 find() 方法可以查找某个键对应的值。

std::map<int, std::string> m = {{1, "apple"}, {2, "banana"}};
auto it = m.find(1);  // 查找键为1的元素
if (it != m.end()) {
    std::cout << "Found: " << it->second << std::endl;
}

2.4 删除元素

可以使用 erase() 删除指定键的元素。

m.erase(1);  // 删除键为1的元素

2.5 获取大小与检查是否为空

std::cout << "Size: " << m.size() << std::endl;
std::cout << "Is empty: " << (m.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;

2.6 访问元素

可以使用 [] 操作符或 at() 方法访问元素。注意，如果键不存在，[] 操作符会插入一个默认值。

std::cout << m[1] << std::endl;  // 如果键1存在，返回对应的值；如果不存在，插入一个默认值

2.7 遍历 map

可以使用迭代器遍历 map：

for (auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it) {
    std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
}

或者使用范围基于的 for 循环：

for (const auto& pair : m) {
    std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
}

3. 自定义排序规则

map 默认按照键的升序排序，但可以自定义排序规则。例如，按降序排序：

#include <iostream>
#include <map>

struct Descending {
    bool operator()(int a, int b) const {
        return a > b;
    }
};

int main() {
    std::map<int, std::string, Descending> m;
    m[1] = "apple";
    m[2] = "banana";
    m[3] = "cherry";

    for (const auto& pair : m) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. map 和 unordered_map 的区别

• 排序：map 是有序的，它按照键的顺序进行排序；而 unordered_map 是无序的，它根据哈希值存储元素。
• 时间复杂度：map 的查找、插入、删除操作的时间复杂度是 O(log n)，而 unordered_map 的这些操作的时间复杂度是 O(1)（在最坏的情况下可能退化为 O(n)）。

5. 常见的成员函数

• insert()：插入元素。
• find()：查找元素。
• erase()：删除元素。
• size()：获取元素个数。
• empty()：检查容器是否为空。
• clear()：删除所有元素。

如果需要快速查找并且顺序不重要，可以考虑使用 unordered_map。

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>

int main() {
    // 示例：使用 map 存储键值对
    std::map<int, std::string> m;
    m[1] = "apple";
    m[2] = "banana";
    m[3] = "cherry";

    // 遍历并输出
    for (const auto& pair : m) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }

    return 0;
}