set（2）and multiset

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本文详细介绍了C++标准库中的set和multiset容器，包括它们的基本概念、功能特点及操作函数。并通过实例展示了如何定义和使用这两种容器，特别强调了排序准则的重要性及其在容器之间的差异。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、set和multiset基础

set和multiset会根据特定的排序准则，自动将元素进行排序。不同的是后者允许元素重复而前者不允许。

需要包含头文件：

#include <set>

set和multiset都是定义在std空间里的类模板：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 template<class _Kty,  
     class _Pr = less<_Kty>,  
     class _Alloc = allocator<_Kty> >  
 class set  

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 template<class _Kty,  
     class _Pr = less<_Kty>,  
     class _Alloc = allocator<_Kty> >  
 class multiset  

只要是可复赋值、可拷贝、可以根据某个排序准则进行比较的型别都可以成为它们的元素。第二个参数用来定义排序准则。缺省准则less是一个仿函数，以operator<对元素进行比较。

所谓排序准则，必须定义strict weak ordering，其意义如下：

1、必须使反对称的。

对operator<而言，如果x<y为真，则y<x为假。

2、必须使可传递的。

对operator<而言，如果x<y为真，且y<z为真，则x<z为真。

3、必须是非自反的。

对operator<而言，x<x永远为假。

因为上面的这些特性，排序准则可以用于相等性检验，就是说，如果两个元素都不小于对方，则它们相等。

二、set和multiset的功能

和所有关联式容器类似，通常使用平衡二叉树完成。事实上，set和multiset通常以红黑树实作而成。

自动排序的优点是使得搜寻元素时具有良好的性能，具有对数时间复杂度。但是造成的一个缺点就是：

不能直接改变元素值。因为这样会打乱原有的顺序。

改变元素值的方法是：先删除旧元素，再插入新元素。

存取元素只能通过迭代器，从迭代器的角度看，元素值是常数。

三、操作函数

构造函数和析构函数

set的形式可以是：

有两种方式可以定义排序准则：

1、以template参数定义：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 set<int,greater<int>> col1;  

此时，排序准则就是型别的一部分。型别系统确保只有排序准则相同的容器才能被合并。

程序实例：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 #include <iostream>  
 #include <set>  
 using namespace std;  
   
 int main()  
 {  
     set<int> s1;  
     set<int,greater<int> > s2;  
   
     for (int i = 1;i < 6;++i)  
     {  
         s1.insert(i);  
         s2.insert(i);  
     }  
     if(s1 == s2)  
         cout << "c1 equals c2 !" << endl;  
     else  
         cout << "c1 not equals c2 !" << endl;  
 }  

程序运行会报错。但是如果把s1的排序准则也指定为greater<int>便运行成功。

2、以构造函数参数定义。

这种情况下，同一个型别可以运用不同的排序准则，而排序准则的初始值或状态也可以不同。如果执行期才获得排序准则，而且需要用到不同的排序准则，这种方式可以派上用场。

程序实例：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 #include <iostream>  
 #include "print.hpp"  
 #include <set>  
 using namespace std;  
   
 template <class T>  
 class RuntimeCmp{  
 public:  
     enum cmp_mode{normal,reverse};  
 private:  
     cmp_mode mode;  
 public:  
     RuntimeCmp(cmp_mode m = normal):mode(m){}  
   
     bool operator()(const T &t1,const T &t2)  
     {  
         return mode == normal ? t1 < t2 : t2 < t1;  
     }  
   
     bool operator==(const RuntimeCmp &rc)  
     {  
         return mode == rc.mode;  
     }  
 };  
   
 typedef set<int,RuntimeCmp<int> > IntSet;  
   
 void fill(IntSet& set);  
   
 int main()  
 {  
     IntSet set1;  
     fill(set1);  
     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");  
   
     RuntimeCmp<int> reverse_order(RuntimeCmp<int>::reverse);  
   
     IntSet set2(reverse_order);  
     fill(set2);  
     PRINT_ELEMENTS(set2,"set2:");  
   
     set1 = set2;//assignment:OK  
     set1.insert(3);  
     PRINT_ELEMENTS(set1,"set1:");  
   
     if(set1.value_comp() == set2.value_comp())//value_comp <span style="font-family: verdana, arial, helvetica, sans-serif; ">Returns the comparison object associated with the container</span>  
         cout << "set1 and set2 have the same sorting criterion" << endl;  
     else  
         cout << "set1 and set2 have the different sorting criterion" << endl;  
 }  
   
 void fill(IntSet &set)  
 {  
     set.insert(4);  
     set.insert(7);  
     set.insert(5);  
     set.insert(1);  
     set.insert(6);  
     set.insert(2);  
     set.insert(5);  
 }  

运行结果：

虽然set1和set2的而比较准则本身不同，但是型别相同，所以可以进行赋值操作。

非变动性操作

注意：元素比较操作只能用于型别相同的容器。

特殊的搜寻函数

赋值

赋值操作两端的容器必须具有相同的型别，但是比较准则本身可以不同，但是其型别必须相同。如果比较准则的不同，准则本身也会被赋值或交换。

迭代器相关函数

元素的插入和删除

注意：插入函数的返回值不完全相同。

set提供的插入函数：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 pair<iterator,bool> insert(const value_type& elem);   
 iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);   

multiset提供的插入函数：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 iterator  insert(const value_type& elem);   
 iterator  insert(iterator pos_hint, const value_type& elem);  

返回值型别不同的原因是set不允许元素重复，而multiset允许。当插入的元素在set中已经包含有同样值的元素时，插入就会失败。所以set的返回值型别是由pair组织起来的两个值：

第一个元素返回新元素的位置，或返回现存的同值元素的位置。第二个元素表示插入是否成功。

set的第二个insert函数，如果插入失败，就只返回重复元素的位置！

但是，所有拥有位置提示参数的插入函数的返回值型别是相同的。这样就确保了至少有了一个通用型的插入函数，在各种容器中有共通接口。

注意：还有一个返回值不同的情况是：作用于序列式容器和关联式容器的erase()函数：

序列式容器的erase()函数：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 iterator erase(iterator pos);   
 iterator erase(iterator beg, iterator end);  

关联式容器的erase()函数：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 void     erase(iterator pos);   
 void     erase(iterator beg, iterator end);   

这完全是为了性能的考虑。因为关联式容器都是由二叉树实现，搜寻某元素并返回后继元素可能很费时。

五、set应用示例：

[cpp]view plaincopy 
    
print?
 #include <iostream>  
 #include <set>  
 using namespace std;  
   
 int main()  
 {  
     typedef set<int,greater<int> > IntSet;  
     IntSet s1;  
   
     s1.insert(4);  
     s1.insert(3);  
     s1.insert(5);  
     s1.insert(1);  
     s1.insert(6);  
     s1.insert(2);  
     s1.insert(5);  
     //the inserted element that has the same value with a element existed is emitted  
   
     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
     cout << endl << endl;  
   
     pair<IntSet::iterator,bool> status = s1.insert(4);  
     if(status.second)  
         cout << "4 is inserted as element "  
         << distance(s1.begin(),status.first) + 1 << endl;  
     else  
         cout << "4 already exists in s1" << endl;  
     copy(s1.begin(),s1.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
     cout << endl << endl;  
   
     set<int>  s2(s1.begin(),s1.end());//default sort criterion is less<  
     copy(s2.begin(),s2.end(),ostream_iterator<int>(cout," "));  
     cout << endl << endl;  
 }  

上述程序最后新产生一个set：s2，默认排序准则是less。以s1的元素作为初值。

注意：s1和s2有不同的排序准则，所以他们的型别不同，不能直接进行相互赋值或比较。

运行结果：

multiset容器erase函数的误用

代码示例

  int main(){  
    multiset <int> c1;  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(2);  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(5);  
    int x=3;  
    c1.erase(x);//remove one element with value 3  
    for(multiset <int>::iterator it = c1.begin(); it != c1.end(); it++)  
    {  
        cout  << *it  << endl;  
    }  
    return 0;  
}

现象&后果

代码期望删除一个值为3的元素，但实际运行结果显示删除了所有值为3的元素。

Bug分析

multiset带一个参数的erase函数原型有两种。一是传递一个元素值，如上面例子代码中，这时候删除的是集合中所有值等于输入值的元素，并且返回删除的元素个数；另外一种是传递一个指向某个元素的iterator，这时候删除的就是这个对应的元素，无返回值。用户需要根据自己的应用场景，正确调用对应的原型。例子代码中本意是想删除一个元素，但实际上是删除了所有值为3的元素，不符合预期。

正确代码

  int main(){  
    multiset <int> c1;  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(2);  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(3);  
    c1.insert(5);  
    int x=3;  
    multiset <int>::iterator pos = c1.find(x);  
    c1.erase(pos);//remove one element with value 3  
    for(multiset <int>::iterator it = c1.begin(); it != c1.end(); it++)  
    {  
        cout  << *it  << endl;  
    }  
    return 0;  
}