【C++】unordered_map和unordered_set的使用_c++ unorderedmap使用-优快云博客

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1、 unordered系列关联式容器

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到 $log_2N$ ，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同，本文中只对unordered_map和unordered_set进行介绍，unordered_multimap和unordered_multiset可查看文档介绍。

1.1 unordered_set

• unordered_set的声明如下，Key就是unordered_set底层关键字的类型
• unordered_set默认要求Key支持转换为整形，如果不支持或者想按自己的需求走可以自行实现支持将Key转成整形的仿函数传给第二个模板参数
• unordered_set默认要求Key支持比较相等，如果不支持或者想按自己的需求走可以自行实现支持将Key比较相等的仿函数传给第三个模板参数
• unordered_set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如果需要可以自己实现内存池，传给第四个参数。
• 一般情况下，我们都不需要传后三个模板参数
• unordered_set底层是用哈希桶实现，增删查平均效率是，迭代器遍历不再有序，为了跟set区分，所以取名unordered_set。O(1)
• 前面部分我们已经学习了set容器的使用，set和unordered_set的功能高度相似，只是底层结构不同，有一些性能和使用的差异，这里我们只讲他们的差异部分。

template < class Key, //
unordered_set::key_type/value_type
    class Hash = hash<Key>,      // unordered_set::hasher
    class Pred = equal_to<Key>,  // unordered_set::key_equal
    class Alloc = allocator<Key> // unordered_set::allocator_type
    > class unordered_set;

1.2 unordered_set和set的使用差异

unordered_set和set的第一个差异是对key的要求不同，set要求Key支持小于比较，而
unordered_set要求Key支持转成整形且支持等于比较，要理解unordered_set的这个两点要求得后续我们结合哈希表底层实现才能真正理解，也就是说这本质是哈希表的要求。
unordered_set和set的第二个差异是迭代器的差异，set的iterator是双向迭代器，unordered_set是单向迭代器，其次set底层是红黑树，红黑树是二叉搜索树，走中序遍历是有序的，所以set迭代器遍历是有序+去重。而unordered_set底层是哈希表，迭代器遍历是无序+去重。
unordered_set和set的第三个差异是性能的差异，整体⽽⾔⼤多数场景下，unordered_set的增删查改更快⼀些，因为红⿊树增删查改效率是 O(logN)，⽽哈希表增删查平均效率是 O(1)

具体可以参看下面代码的演示的对比差异。

pair<iterator,bool> insert ( const value_type& val );
size_type erase ( const key_type& k );
iterator find ( const key_type& k );

#include<unordered_set>
#include<unordered_map>
#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;

int test_set2()
{
    const size_t N = 1000000;
    unordered_set<int> us;
    set<int> s;
    vector<int> v;
    v.reserve(N);
    srand(time(0));
    for (size_t i = 0; i < N; ++i)
    {
        //v.push_back(rand()); // N比较大时，重复值比较多
        v.push_back(rand()+i); // 重复值相对少
        //v.push_back(i); // 没有重复，有序
    }

    size_t begin1 = clock();
    for (auto e : v)
    {
        s.insert(e);
    }
    size_t end1 = clock();
    cout << "set insert:" << end1 - begin1 << endl;
    size_t begin2 = clock();
    us.reserve(N);
    for (auto e : v)
    {
        us.insert(e);
    }
    size_t end2 = clock();
    cout << "unordered_set insert:" << end2 - begin2 << endl;
    int m1 = 0;
    size_t begin3 = clock();
    for (auto e : v)
    {
    auto ret = s.find(e);
    if (ret != s.end())
    {
    ++m1;
    }
    }
    size_t end3 = clock();
    cout << "set find:" << end3 - begin3 << "->" << m1 << endl;
    int m2 = 0;
    size_t begin4 = clock();
    for (auto e : v)
    {
        auto ret = us.find(e);
        if (ret != us.end())
        {
            ++m2;
        }
    }
    size_t end4 = clock();
    cout << "unorered_set find:" << end4 - begin4 << "->" << m2 << endl;
    cout << "插入数据个数：" << s.size() << endl;
    cout << "插入数据个数：" << us.size() << endl << endl;
    size_t begin5 = clock();
    for (auto e : v)
    {
        s.erase(e);
    }
    size_t end5 = clock();
    cout << "set erase:" << end5 - begin5 << endl;
    size_t begin6 = clock();
    for (auto e : v)
    {
        us.erase(e);
    }
    size_t end6 = clock();
    cout << "unordered_set erase:" << end6 - begin6 << endl << endl;

    return 0;
}

int main()
{
    test_set2();
    return 0;
}

2、 unordered_map

unordered_map是存储<key, value>键值对的关联式容器，其允许通过keys快速的索引到与其对应的value。
在unordered_map中，键值通常用于惟一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
在内部,unordered_map没有对<kye, value>按照任何特定的顺序排序, 为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
unordered_maps实现了直接访问操作符(operator[])，它允许使用key作为参数直接访问value。
它的迭代器至少是前向迭代器。

2.1 unordered_map和map的使用差异

unordered_map和map的第一个差异是对key的要求不同，map要求Key支持小于比较，而
unordered_map要求Key支持转成整形且支持等于比较，要理解unordered_map的这个两点要求得后续我们结合哈希表底层实现才能真正理解，也就是说这本质是哈希表的要求。

unordered_map和map的第二个差异是迭代器的差异，map的iterator是双向迭代器，
unordered_map是单向迭代器，其次map底层是红黑树，红黑树是二叉搜索树，走中序遍历是有序的，所以map迭代器遍历是Key有序+去重。而unordered_map底层是哈希表，迭代器遍历是Key无序+去重。

unordered_map和map的第三个差异是性能的差异，整体⽽⾔⼤多数场景下，unordered_map的增删查改更快⼀些，因为红⿊树增删查改效率是 O(logN) ，⽽哈希表增删查平均效率是O(1)

pair<iterator,bool> insert ( const value_type& val );
size_type erase ( const key_type& k );
iterator find ( const key_type& k );
mapped_type& operator[] ( const key_type& k );