C++学习笔记（三十一）——map

一、std::map

（1）map与其适用场景

std::map 是 C++的STL（标准模板库）中的关联容器（Associative Container），底层基于 红黑树（Red-Black Tree） 实现，支持键值对存储，键自动排序，并提供高效的查找、插入和删除操作。

特点：

• 键值对存储：每个元素是 key-value 形式，如 {1, "Alice"}。
• 键唯一：不允许重复键（使用 std::multimap 可允许重复键）。
• 自动排序：键按升序存储（可自定义降序）。
• 底层实现：基于红黑树（Red-Black Tree），insert、erase、find 复杂度为 O(log n)。
• 支持随机访问：可通过 operator[] 访问或修改值。

适用场景：

• 字典存储（Key-Value 映射）（如学生成绩表）。
• 高效查找（比 vector、list 快）。
• 按键自动排序（如排名表）。

（2）map vs unordered_map

特性	map（有序映射）	unordered_map（哈希映射）
底层实现	红黑树	哈希表
时间复杂度	O(log n)	O(1)（最坏 O(n)）
是否排序	自动排序	无序
适用场景	有序存储，适用于范围查询	更快的查找（无序）

二、std::map 的常用函数

函数	作用
insert({key, value})	插入元素（如果 key 存在，不会修改）
erase(key)	删除指定键的元素
find(key)	查找键，返回迭代器
count(key)	检查键是否存在（返回 0 或 1）
operator[]	访问/修改元素
size()	获取元素个数
empty()	判断是否为空
clear()	清空 map

三、std::map的基本使用

(1) 插入、访问与遍历

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>

int main() {
    map<int, string> students;

    students.insert({ 1, "Alice" });
    students.insert({ 3, "Charlie" });
    students[2] = "Bob"; // 另一种插入方式

    cout << "学生名单:" << endl;
    for (const auto s : students)
    {
        cout << "ID: " << s.first << ", Name: " << s.second << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• insert函数的返回值是pair<iterator, bool>，第一个参数是插入元素或已有键对应的迭代器，第二个参数表示是否成功插入元素。
• 执行插入操作时，首先检查给定键是否已存在于map中，如果键已存在于map中，则它不会插入map中，并且迭代器将迭代到现有键返回，否则在map中插入新元素。

(2) 查找键

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>

int main() {
    map<int, string> students = { {1, "Alice"}, {2, "Bob"}, {3, "Charlie"} };

    if (students.find(2) != students.end())
    {
        cout << "找到 ID 2: " << students[2] << endl;
    }
    else
    {
        cout << "ID 2 不存在" << endl;
    }
        
    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• find(key)—— 查找键，返回迭代器：若存在，返回指向目标键的迭代器；若不存在，返回map.end()迭代器。

(3) 删除元素

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>

int main() {
    map<int, string> students = { {1, "Alice"}, {2, "Bob"}, {3, "Charlie"} };

    students.erase(2); // 删除 ID=2 的学生

    for (const auto& s : students)
    {
        cout << "ID: " << s.first << ", Name: " << s.second << endl;
    }
    
    system("pause");
    return 0;
}

(4) 自定义排序（降序）

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>

int main() {
    map<int, string, greater<int>> students = { {1, "Alice"}, {2, "Bob"}, {3, "Charlie"} };

    for (const auto& s : students)
    {
        cout << "ID: " << s.first << ", Name: " << s.second << endl;
    }
    
    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• map的默认排序为升序（set<int> s），可用 std::greater<> 降序排序。

四、std::map的应用

(1) 统计单词出现次数

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>
#include <sstream>

int main() {
    map<string, int> wordCount;
    string text = "apple banana apple orange banana apple";

    stringstream ss(text);
    string word;
    while (ss >> word)
    {
        wordCount[word]++;
    }   

    for (const auto& w : wordCount)
    {
        cout << w.first << ": " << w.second << endl;
    }
        
    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• <sstream>是C++ 标准库中的一个组件，它提供了一种方便的方式来处理字符串流（可以像处理流一样处理字符串）。
• stringstream是一个流类，允许你将字符串当作输入/输出流来使用，这使得从字符串中读取数据或将数据写入字符串变得非常简单。

(2) 排行榜（按分数排序）

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <map>
#include <string>

int main() {
    map<int, string, greater<int>> ranking;

    ranking[95] = "Alice";
    ranking[90] = "Bob";
    ranking[100] = "Charlie";

    for (const auto& r : ranking)
    {
        cout << r.first << " 得分: " << r.second << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}