关联容器

关联容器支持通过键来高效地查找和读取元素。两个基本的关联容器类型是map和set。map的元素以键-值对的形式组织:键用作元素在map的索引,而值则表示所存储和读取的数据。set仅包含一个键,并有效地支持关于某个键是否存在的查询。set和map类型的对象不允许为同一个键添加第二个元素。如果一个键必须对应多个实例,则需使用multimap或mutiset类型,这两种类型允许多个元素拥有相同的键。

pair类型:在头文件utility中定义。

pair的创建和使用:

#include<utility>
pair
<string,int> author("Peter",30);
cout
<<author.first<<"/t"<<author.second<<endl;//可以直接访问数据成员
//使用typedef进行简化
typedef pair<string,string> Student;
Student s1,s2(
"aaa","bbb");
s1.first
="ccc";
s1.second
="ddd";
//使用make_pair函数生成一个新的pair对象
string first="eee",second="fff";
Student s3
=make_pair(first,second);

map类型:map是键-值对的集合。

map<K,V>::key_type 在map中用做索引的键的类型

map<K,V>::mapped_type 在map中用作关联的值的类型

map<K,V>::value_type 一个pair类型

map迭代器进行解引用将产生pair类型的对象:

map<string,int>::iterator map_it = word_count.begin();
cout
<<map_it->first<<" "<<map_it->second<<endl;

使用下标访问map对象:

添加键-值对,有两种实现方法。可以用insert成员实现,或者,先用下标操作符获取元素,然后给获取的元素赋值。

使用下标访问map与使用下标访问数组或vector的行为截然不同;用下标访问不存在的元素将导致在map容器中添加一个新的元素,它的键即为该下标的值。

方法一:

map<string,int> word_count;
word_count[
"Peter"]=10;//相当于增加一个键值对
//创建一个map对象,用来记录每个单词出现的次数,十分简洁。
map<string,int> word_count;
string word;
while(cin>>word)
{
++word_count[word];
}

方法二:使用insert:

map<string,int> word_count;
word_count.insert(map
<string,int>::value_type("aaa",1));
//用insert方法重写单词统计程序
map<string,int> word_count;
string word;
while(cin>>word)
{
pair
<map<string,int>::iterator,bool> ret=word_count.insert(make_pair<string,int>(word,1));
if(!ret.second)//如果没插入成功,证明原来已经存在键值,将统计值+1
{
++ret.first->second;// first是一个迭代器,指向插入的键
}
}

查找并读取map中的元素:

 用下标操作符,是一种比较简单的方法,但是该方法有副作用,就是当该键不在map容器中,那么下标操作会插入一个具有该键的新元素。

map容器提供了两种操作:count和find

m.count(k) 返回m中k的出现次数,对于map对象只能是1或0,而对于mutimap容器,则可能会出现更多的值。

m.find(k) 返回按k索引返回的迭代器

count方法用于在map中查找指定键是否存在的问题,而find方法适合用于解决在map容器中查找指定键对应的元素的问题。

//读取元素而又不插入新元素
int occurs;
map
<string,int>::iterator it= word_count.find("foobar");//不存在,则返回end迭代器
if(it!=word_count.end())//可能找不到
{
occurs
=it.second;
}

从map对象中删除元素

m.erase(k) 删除m中键为k的元素。返回值为被删除元素的个数,对于map容器而言,其值必然是0或1。

m.erase(p) 从m中删除迭代器p所指向的元素。返回值为void类型。

m.erase(b,e) 从m中删除一段由一对迭代器范围的元素。返回值为void类型。

map对象的迭代遍历:

map<string,int> word_count;
word_count[
"aaa"]=1;
word_count[
"bbb"]=2;
word_count[
"ccc"]=3;
map
<string,int>::const_iterator iter = word_count.begin();
while(iter!=word_count.end())
{
cout
<<iter->second<<endl;
iter
++;
}

set类型:

map容器是键-值对的集合,而set容器只是单纯的键的集合。当只想知道一个值是否存在时,使用set容器是最合适的。

在set中添加元素:

set<int> set1;
pair
<set<int>::iterator,bool> p=set1.insert(1);//返回pair类型对象,包含一个迭代器和一个布尔值
set1.insert(2);
int arr[]={1,2,3};
set<int> set2;
set2.insert(arr,arr
+3);//返回void类型

从set中获取元素:与map方法使用类似,使用find和count函数。

multimap和multiset类型:

  map和set容器中,一个键只能对应一个实例。而multimap和multiset类型则允许一个键对应多个实例。其支持的操作分别于map和set的操作相同,只有一个例外:multiply不支持下标运算。

<think>我们被要求解释C++关联容器的定义和种类。根据引用[2]和引用[3],关联容器是C++标准库中的一类容器,它们通过关键字(key)来存储和访问元素。关联容器分为有序关联容器和无序关联容器两大类。###有序关联容器有序关联容器使用比较运算符(默认是<)来组织元素,内部通常以平衡二叉搜索树(如红黑树)实现,因此元素总是按照关键字升序排列(除非自定义比较函数)。包括: -`set`:只存储关键字,关键字不可重复- `map`:存储键值对(key-value),每个key唯一- `multiset`:关键字可重复出现的set- `multimap`:关键字可重复出现的map###无序关联容器无序关联容器(引用[2])使用哈希函数和关键字类型的==运算符来组织元素。在关键字类型的元素没有明显序关系或维护序的代价高昂时,无序容器非常有用。包括: -`unordered_set`:哈希集合,关键字不可重复-`unordered_map`:哈希映射,每个key唯一(最常用,如引用[2]中的单词计数例子) -`unordered_multiset`:关键字可重复的unordered_set-`unordered_multimap`:关键字可重复的unordered_map###关联容器的关键特性1.**关键字要求**:有序容器要求关键字类型必须定义比较运算符(或提供自定义比较函数);无序容器要求关键字类型必须支持哈希函数和==运算符。2.**元素访问**:map和unordered_map支持下标操作(通过key访问value),但注意:下标操作可能会插入新元素(如果key不存在)。可以使用`at()`成员函数(引用[4])来访问元素,如果key不存在会抛出异常。 3. **元素查找**:使用`find()`成员函数查找元素,返回迭代器;`count()`返回关键字出现的次数(引用[4])。4.**范围查找**:有序关联容器支持`lower_bound()`、`upper_bound()`和`equal_range()`(引用[4]),用于在有序序列中定位元素范围。###示例代码引用[2]中的无序映射示例:```cppvoiduse_unorderd_map(){unordered_map<string,size_t> word_count;stringword;while(cin>> word) {word_count[word]++; //计数}for(constauto &word :word_count) {cout<< "key is" <<word.first<< "value is" <<word.second<< endl;} }``` 引用[3]中的嵌套关联容器示例(map的value是vector):```cppmap<string,vector<pair<string,string>>>peo; //姓:名字和生日// ...输入数据//遍历输出```###总结关联容器提供基于关键字的快速查找(对数时间复杂度或平均常数时间复杂度)。选择有序还是无序容器取决于是否需要对元素排序以及性能要求。---§§相关问题§§1.如何为自定义类型实现有序关联容器(如set)所需的比较函数? 2.无序关联容器的哈希函数如何自定义?3.关联容器的插入操作有哪些方法?它们有什么区别? 4.如何高效地遍历关联容器?</think>### C++ 关联容器详解 #### 1. 关联容器定义 关联容器是 C++ 标准库中的一类特殊容器,**通过关键字(key)而非位置索引来存储和访问元素**。与顺序容器(如 vector/list)不同,关联容器使用**高效的数据结构(通常是红黑树或哈希表)** 组织元素,实现快速查找(平均 $O(log n)$ 或 $O(1)$ 时间复杂度)[^2][^3]。 核心特征: - 元素以键值对(key-value)形式存储 - 自动维护元素有序性(有序容器)或哈希组织(无序容器) - 提供基于关键字的快速查找、插入和删除操作 #### 2. 关联容器分类 **有序关联容器**(基于红黑树实现): | 容器类型 | 特性描述 | 头文件 | |----------------|-----------------------------|-------------| | `std::set` | 唯一关键字集合 | `<set>` | | `std::map` | 唯一键值对映射 | `<map>` | | `std::multiset`| 允许重复关键字集合 | `<set>` | | `std::multimap`| 允许重复键值对映射 | `<map>` | **无序关联容器**(基于哈希表实现): | 容器类型 | 特性描述 | 头文件 | |------------------------|-----------------------------|-----------------| | `std::unordered_set` | 唯一关键字哈希集合 | `<unordered_set>` | | `std::unordered_map` | 唯一键值对哈希映射 | `<unordered_map>` | | `std::unordered_multiset`| 允许重复关键字哈希集合 | `<unordered_set>` | | `std::unordered_multimap`| 允许重复键值对哈希映射 | `<unordered_map>` | #### 3. 关键特性对比 | 特性 | 有序容器 | 无序容器 | |----------------------|-----------------------------|-----------------------------| | **底层结构** | 红黑树 | 哈希表 | | **元素顺序** | 按关键字严格排序 | 无特定顺序 | | **查找复杂度** | $O(log n)$ | 平均 $O(1)$,最坏 $O(n)$ | | **自定义排序** | 支持比较函数(如引用[1]) | 需自定义哈希函数和相等比较 | | **典型应用** | 需要有序访问的场景 | 快速查找且无需排序的场景 | #### 4. 基本操作示例 **有序 map 使用**(引用[3]): ```cpp std::map<std::string, std::vector<std::pair<std::string, std::string>>> people; // 插入元素 people["Smith"].emplace_back("John", "1990-01-01"); people["Smith"].emplace_back("Anna", "1992-05-15"); // 遍历输出 for (const auto& family : people) { std::cout << family.first << ":\n"; for (const auto& member : family.second) { std::cout << " " << member.first << ", born: " << member.second << "\n"; } } ``` **无序 map 使用**(引用[2]): ```cpp std::unordered_map<std::string, size_t> word_count; // 计数操作 word_count["apple"]++; word_count["banana"] = 5; // 范围查找(引用[4]) auto range = word_count.equal_range("apple"); if (range.first != range.second) { std::cout << "Count: " << range.first->second << "\n"; } ``` #### 5. 选择指南 - 需要 **元素有序遍历** 或 **范围查询**(如 `lower_bound()`)→ 选择有序容器[^4] - 追求 **最高查找性能** 且不关心顺序 → 选择无序容器[^2] - 处理 **重复关键字** → 选择 `multi` 版本容器 - 仅需 **检查存在性** → 选择 `set` 而非 `map` --- ###
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