小心使用指针当做 unordered_set / unordered_map 的键

本文探讨了在C++中使用指针作为哈希表键时的问题,特别是使用new和make_shared创建对象的区别,以及这如何导致相同的值被视为不同的键。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

当我们试图使用指针作为哈希的键时, 要小心下面的情况:

#include <set>
#include <map>
#include <vector>
#include <memory>
#include <utility>
#include <iostream>
#include <unordered_set>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int main()
{
    unordered_set<shared_ptr<int> > s1;
    s1.insert(make_shared<int> (5));
    s1.insert(make_shared<int> (5));
    cout << s1.size() << endl;
    
    unordered_set<int *> s2;
    s2.insert(new int(5));
    s2.insert(new int(5));
    cout << s2.size() << endl;

}

他们的输出结果, 都会是 2

为什么呢?

因为make_sharednew 创建了一个新的对象

当然make_shared内部也是包装了new

new的调用过程包括:

  1. 调用operator new分配一块新的内存
  2. 在其中调用构造函数进行初始化

甚至其重载版本placement new可以在指定内存上调用构造函数, 而不进行任何内存的分配

也就是说, 你的指针可能是指向了不同的内存, 所以是不同的键 (显而易见的, 即使他们值一样)

<think>首先,用户的问题是关于C++标准库中关联容器和无序关联容器的区别,具体是unordered_setset的区别,以及mapunordered_map的区别。 我需要遵循系统级指令: - 所有行内数学表达式必须使用$...$格式。 - 独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。 用户可见层指令: - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 参考站内引用:但用户没有提供具体的引用,所以我需要基于一般知识回答。用户提到了“参考站内引用”,但在消息中只有“参考站内引用:。”,没有实际内容,所以我应该忽略或假设没有特定引用。 关点: - 关联容器:如setmap,基于红黑树实现,元素有序。 - 无序关联容器:如unordered_setunordered_map,基于哈希表实现,元素无序。 结构清晰的回答: - 逐步解释:先介绍整体区别,然后详细对比每个容器。 - 包括实现细节、性能、使用场景等。 使用中文回答。 生成相关问题:在回答后添加“相关问题”部分,类似示例。 LaTeX使用: - 行内数学表达式:例如,时间复杂度如$O(\log n)$。 - 独立公式:如果有复杂公式,但在这个主题中可能不多,确保正确使用。 回答大纲: 1. **引言**:简要介绍关联容器和无序关联容器。 2. **set vs unordered_set**: - 实现:set是红黑树,unordered_set是哈希表。 - 元素顺序:set有序,unordered_set无序。 - 性能:插入、删除、查找的时间复杂度。 - 使用场景。 3. **map vs unordered_map**: - 类似对比:map值对的有序容器,unordered_map是哈希表实现的无序容器。 - 性能差异。 4. **总结**:关区别。 5. **相关问题**:生成几个相关问题。 生成相关问题: - 基于主题,如优化、应用场景、性能分析等。 引用标识:如果引用了外部知识,自然地添加[^1]。但在这个回答中,可能基于标准C++知识,所以如果没有具体引用,可以省略或添加一般引用。 确保真实可靠:基于C++标准库的知识。 最终回答结构: - 开头:直接回答问题。 - 主体:分点解释。 - 结尾:总结。 - 然后“相关问题”部分。</think>### C++关联容器与无序关联容器的区别 在C++标准库中,关联容器(如`set`和`map`)和无序关联容器(如`unordered_set`和`unordered_map`)都用于存储和检索元素,但它们在实现、性能和适用场景上有显著差异。核心区别在于:关联容器基于平衡二叉搜索树(通常为红黑树)实现,元素按排序;而无序关联容器基于哈希表实现,元素无序但平均访问速度更快。下面我将逐步解释具体区别,帮助您全面理解。 #### 1. **整体区别概述** - **关联容器(如 `set` 和 `map`)**: - 实现:使用红黑树(一种自平衡二叉搜索树),保证元素按的升序排列。 - 时间复杂度:插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为 $O(\log n)$,其中 $n$ 是元素数量。这适用于需要有序遍历的场景[^1]。 - 关特性:元素有序,支持范围查询(如`lower_bound`),但内存开销较高(树结构需要额外指针)。 - **无序关联容器(如 `unordered_set` 和 `unordered_map`)**: - 实现:使用哈希表(散列表),通过哈希函数将映射到桶(bucket)。 - 时间复杂度:在理想情况下(哈希函数均匀、无冲突),插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为 $O(1)$。但在最坏情况下(如哈希冲突严重),可能退化到 $O(n)$[^1]。 - 关特性:元素无序,访问速度快,但需要自定义哈希函数(对自定义类型),且不支持范围查询。 这种区别源于底层数据结构:红黑树维护有序性,而哈希表优先考虑快速访问。接下来,我们详细对比具体容器。 #### 2. **`set` 与 `unordered_set` 的区别** - **`set`**: - **元素顺序**:元素按值升序排序(例如,存储整数 `{3, 1, 2}` 会被排序为 `{1, 2, 3}`)。 - **性能**: - 插入:$O(\log n)$,需维护树平衡。 - 查找:$O(\log n)$,通过二叉搜索。 - 适用场景:需要有序数据或频繁范围查询(如找最小值/最大值)。 - **示例代码**: ```cpp #include <set> std::set<int> s = {3, 1, 2}; // 输出:1,2,3(自动排序) ``` - 缺点:内存占用较高(每个节点存储左右子节点指针),且插入/删除可能触发树重平衡。 - **`unordered_set`**: - **元素顺序**:元素无序(存储 `{3, 1, 2}` 可能输出为 `{1,3,2}` 或其他顺序)。 - **性能**: - 插入:平均 $O(1)$,最坏 $O(n)$(哈希冲突时)。 - 查找:平均 $O(1)$,依赖哈希函数质量。 - 适用场景:高频查找且不关心顺序(如缓存或去重)。 - **示例代码**: ```cpp #include <unordered_set> std::unordered_set<int> us = {3, 1, 2}; // 输出顺序不确定 ``` - 缺点:需要处理哈希冲突(通过链地址法或开放寻址),且对自定义类型需定义哈希函数(如重载 `std::hash`)。 **总结对比**: | 特性 | `set` | `unordered_set` | |---------------------|------------------------|------------------------| | 实现 | 红黑树 | 哈希表 | | 元素顺序 | 有序 | 无序 | | 平均时间复杂度 | $O(\log n)$ | $O(1)$ | | 内存占用 | 较高 | 较低(但桶可能浪费空间) | | 支持范围查询 | 是 | 否 | #### 3. **`map` 与 `unordered_map` 的区别** - **`map`**: - **值对顺序**:值对按升序排序(例如,存储 `{ {"b",2}, {"a",1} }` 会被排序为 `{"a",1}, {"b",2}`)。 - **性能**: - 插入/删除:$O(\log n)$。 - 查找:$O(\log n)$。 - 适用场景:需要有序值对(如字典遍历或区间统计)。 - **示例代码**: ```cpp #include <map> std::map<std::string, int> m = {{"b",2}, {"a",1}}; // 遍历输出:a:1, b:2 ``` - 缺点:类似`set`,内存开销大。 - **`unordered_map`**: - **值对顺序**:值对无序(存储顺序不可预测)。 - **性能**: - 插入/删除:平均 $O(1)$,最坏 $O(n)$。 - 查找:平均 $O(1)$。 - 适用场景:高频值查找(如数据库索引或计数器)。 - **示例代码**: ```cpp #include <unordered_map> std::unordered_map<std::string, int> um = {{"b",2}, {"a",1}}; // 输出顺序不确定 ``` - 缺点:哈希冲突影响性能,需注意的哈希质量(例如,字符串通常高效,但自定义需额外处理)。 **总结对比**: | 特性 | `map` | `unordered_map` | |---------------------|------------------------|------------------------| | 实现 | 红黑树 | 哈希表 | | 值对顺序 | 有序 | 无序 | | 平均时间复杂度 | $O(\log n)$ | $O(1)$ | | 内存占用 | 较高 | 较低 | | 自定义要求 | 需定义比较运算符(`<`) | 需定义哈希函数和相等运算符 | #### 4. **关注意事项** - **性能权衡**:在元素数量大时,`unordered_set`/`unordered_map` 的平均性能更优($O(1)$ vs $O(\log n)$),但如果哈希函数不佳或数据分布不均,可能退化。关联容器在有序操作中更稳定。 - **内存使用**:哈希表可能有桶空间浪费,但树结构因指针开销内存更大[^1]。 - **C++标准要求**:C++11 引入无序容器,确保跨平台一致性。选择时考虑: - 用关联容器:如果需有序遍历、范围查询或元素频繁插入/删除(树更稳定)。 - 用无序容器:如果查找频率高、顺序无关且哈希函数高效(如整数或字符串)。 - **实际示例**:在实现缓存时,`unordered_map` 优于 `map`(快速查找);在需要排序输出时(如报表生成),`map` 更合适。 总之,`set`/`map` 和 `unordered_set`/`unordered_map` 的核心差异在于底层数据结构和排序特性。根据应用需求选择合适的容器,能显著提升代码性能[^1]。
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