std::map, std::multimap, std::tr1::unordered_map 区别

本文详细介绍了STL容器中map、multimap、unordered_map等的区别与特点。解释了它们基于的数据结构,如红黑树和哈希表,并对比了它们在插入操作时的不同表现。

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map和multimap都是基于binary tree的东西,区别是:
map中一个key只能存在一个,multimap中则可以存在多个key相同的value。
unordered_map是我们常说的hash_map,它的key也是唯一的,
所以你应该还会看到一个叫做unordered_multimap的东西。

std::set std::multiset std::map std::multimap
这几个东西都是基于binary tree的,具体地说是红黑树。

boost::unordered_set boost::unordered_multiset boost::unordered_map boost::unordered_multimap
这几个东西都是基于我们常说的 hash_table 的。


map和multimap在插入数据的时候会根据key自动排序,
而unordered_map和unordered_multimap则不会自动根据key排序。

因此在插入的时候map和multimap相对效率要低一些。

<think>嗯,用户问的是C++中std::unordered_mapmap区别,包括性能、特点使用场景。我需要先回忆一下这两个容器的基本结构。 首先,std::map是有序的关联容器,基于红黑树实现,所以元素是按键的顺序存储的。而std::unordered_map则是基于哈希表,元素是无序的。这应该是它们最根本的区别。记得红黑树保证了O(log n)的查找、插入删除时间,而哈希表平均情况下是O(1),但最坏情况可能到O(n)。所以性能方面,unordered_map的平均情况更好,但map的稳定性更高。 接下来,用户可能关心它们的内部结构。map使用红黑树,每个节点保存键值对,并且保持平衡,所以插入删除操作不会导致性能大幅波动。而unordered_map使用哈希表,通过哈希函数将键映射到桶里,处理冲突的方法比如链地址法。当哈希函数好的时候,冲突少,性能高,但如果哈希函数不好或者负载因子过高,就会有很多冲突,影响性能。 然后,关于迭代顺序,map的元素是按键升序排列的,所以遍历的时候是有序的。而unordered_map的迭代顺序是不确定的,因为哈希表的存储方式不保证顺序。这点对于需要有序遍历的情况很重要,用户如果需要按键顺序处理元素,应该选择map。 内存占用方面,红黑树的结构可能会有更多的内存开销,每个节点需要维护左右子节点颜色等信息,而哈希表的内存取决于桶的数量负载因子。不过具体的内存差异可能需要实际测试才能确定。 在适用场景上,如果需要有序性,或者频繁的范围查询,比如找某个区间内的键,map更合适。而如果只是需要快速的查找、插入删除,并且不关心顺序,unordered_map更好。例如统计词频,如果不需要按字母顺序输出,用unordered_map效率更高。 另外,哈希表的性能依赖于哈希函数的质量。对于自定义类型作为键,必须提供哈希函数等于比较函数,而map则需要提供比较函数。比如,如果键是自定义的结构体,使用unordered_map时需要自己实现哈希,而map则需要定义比较运算符。 还有,标准中提到std::mapmultimapunordered_map区别,可能用户还想知道multimap的情况,但当前问题集中在unordered_mapmap,所以暂时不需要扩展。 最后需要总结它们的优缺点,帮助用户根据具体需求选择。比如,对顺序有要求就用map,追求平均性能选unordered_map。同时提醒哈希冲突的影响,以及可能的优化方法,比如调整负载因子或者自定义哈希函数。</think>### C++ std::unordered_map vs std::map 对比分析 #### 1. **底层数据结构** - **std::map** 基于红黑树(平衡二叉搜索树)实现,元素按键的严格弱序(默认升序)排列,所有操作(查找、插入、删除)时间复杂度为 $O(\log n)$[^2]。 - **std::unordered_map** 基于哈希表实现,元素存储顺序与键的哈希值相关,无序。平均情况下查找、插入、删除时间复杂度为 $O(1)$,但最坏情况下可能达到 $O(n)$(如哈希冲突严重时)[^1]。 #### 2. **性能对比** | 特性 | std::map | std::unordered_map | |-------------------|----------------------------|------------------------------| | **查找速度** | $O(\log n)$(稳定) | $O(1)$(平均),$O(n)$(最坏)| | **插入/删除速度** | $O(\log n)$ | $O(1)$(平均) | | **内存占用** | 较高(需维护树结构) | 较低(但哈希表可能预分配桶) | | **迭代顺序** | 按键升序排列 | 无序 | #### 3. **特点与应用场景** - **std::map 适用场景** - 需要元素按**键顺序**遍历(如输出有序结果)。 - 需要**范围查询**(如查找键在 $[a, b]$ 之间的元素)。 - 对性能稳定性要求高(避免哈希冲突导致的性能抖动)。 - **std::unordered_map 适用场景** - 需要**快速查找**且**无需顺序**(如缓存、字典)。 - 键的哈希函数设计良好(减少冲突)。 - 内存敏感且数据规模较大(哈希表通常更紧凑)。 #### 4. **代码示例对比** ```cpp // std::map 示例(有序) std::map<int, std::string> ordered_map; ordered_map[3] = "three"; ordered_map[1] = "one"; // 遍历输出:1 -> "one", 3 -> "three" // std::unordered_map 示例(无序) std::unordered_map<int, std::string> unordered_map; unordered_map[3] = "three"; unordered_map[1] = "one"; // 遍历顺序不确定(可能 3 -> "three", 1 -> "one") ``` #### 5. **其他差异** - **自定义键类型** - `std::map` 需要定义比较运算符(如 `<`)。 - `std::unordered_map` 需要定义哈希函数 `==` 运算符。 - **内存局部性** 哈希表(`unordered_map`)的访问可能因哈希分布导致缓存不友好,而红黑树(`map`)的遍历更连续。 --- ###
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