C++之關聯式容器

注：以下使用的接口均爲部分接口。

1. 序列式容器
回顧：vector,list,dequeue,等都被稱爲序列式容器，因爲其底層都是線性序列的數據結構，裏面存儲的是元素本身。

2.關聯式容器
關聯式容器也是用來存儲數據的，它與序列式容器不同的是，其裏面存儲的是<key, value>結構的鍵值對，在數據檢索時比序列式容器效率更高。

3. 鍵值對
用來表示具有一一對應關係的一種結構，該結構中一般只包含兩個成員變量key和value, key代表鍵值，value表示與key對應的關係。舉個例子：現在要建立一個英漢互譯字典，那該字典中必然有英文單詞與其對應的中文含義。而且，英文單詞與其中文含義是一一對應的關係，即通過該單詞，在詞典中就可以找到與其對應的中文含義。

以下是關於鍵值對的定義：

template <class T1, class T2>

struct pair
{
	typedef T1 first_type;
	typedef T2 second_type;

	T1 first;
	T2 second;

	pair()
		:first(T1());
	, second(T2());
	{}

	pair(const T1& a, const T2& b)
		:first(a)
		, second(b)
	{}
};

4.樹形結構的關聯式容器

根據應用場景不同，STL總共實現了兩種不同結構的管理式容器：樹形結構和哈希結構。樹形關聯式容器主要有四種：map, set, multimap, multiset.這四種容器共同特點是：使用平衡搜索樹（紅黑樹）作爲其底層結構，容器中的元素是一個有序的序列。

（1）map:
a. map是關聯式容器，它按照特定的次序（按照key來比較）存儲由鍵值key和值value組合而成的元素。
b. 在map中，鍵值key通常用於排序和唯一標識元素，而value中存儲於此值關聯的內容
c. 在內部，map中的元素總是按照鍵值key進行比較排序的。
d.map支持下標訪問符，即在[]中放入key，就可以找到與key對應的value。

應用：

//map的構造
#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;
void TestMap()
{
	//key和value都給成字符串
	map<string, string> m1;

	map<string, string> m2{ { "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橘子" }, 
								{ "peach", "桃子" }, { "watermelon", "西瓜" } };
	cout << m2["apple"] << endl;
	cout << m2["watermelon"] << endl;
	map<string, string> m3(m2);
}
int main()
{
	TestMap();
	system("pause");
	return 0;
}

//map的迭代器
#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;
void TestMap()
{
	map<string, string> m{ { "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橘子" },
	{ "peach", "桃子" }, { "watermelon", "西瓜" } };
	for (auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it)
		cout << (*it).first << "--->" << it->second << endl;
}
int main()
{
	TestMap();
	system("pause");
	return 0;

}

//map的容量與元素訪問
#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;
void TestMap()
{
	//構造一個空的map，此時m中一個元素也沒有
	map<string, string> m;
	/*operator[]原理： 用<key, T()>構造一個鍵值對，然後調用insert()函數將鍵值對插入到map中
					  如果key已經存在，插入失敗，insert()函數返回該key所在位置的迭代器
					  如果key不存在，插入成功，insert()函數返回新插入元素所在位置的迭代器
					  operator[]函數最後將insert()返回值的鍵值對的value返回
	*/
	m["apple"] = "蘋果";

	//將<"apple", "">插入到map中，插入失敗，將<"apple", "蘋果">中的“蘋果”返回
	cout << m["apple"] << endl;
	cout << m.size() << endl;

	//banana不在map中，該函數拋異常
	//m.at("banana");
}
int main()
{
	TestMap();
	system("pause");
	return 0;

}

#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;
void TestMap()
{
	//map中的元素修改
	map<string, string> m;
	//向map中插入元素的方式；
	//將鍵值對<"peach","桃子">插入到map中，用pair直接來構造鍵值對
	m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));
	//將鍵值對<"peach","桃子">插入到map中，用make_pair直接來構造鍵值對
	m.insert(make_pair("banana", "香蕉"));
	//借用operator[]向map中插入元素
	m["apple"] = "蘋果";

	//key不存在時拋異常
	//m.at("watermelon") = "西瓜";
	m.insert(m.find("banana"), make_pair("watermelon", "西瓜"));
	cout << m.size() << endl;

	//用迭代器遍歷map中的元素，可以得到一個按照key排序的序列
	for (auto& e : m)
		cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
	cout << endl;

	//map中的鍵值對key一定是唯一的，如果存在key則插入失敗
	auto ret = m.insert(make_pair("peach","桃子"));
	if (ret.second)
		cout << "<peach, 桃子>不在map中，已經插入" << endl;
	

	//刪除key爲"apple"的元素
	m.erase("apple");
	for (auto&e : m)
		cout << e.first << "--->" << e.second << endl;

	if (1 == m.count("apple"))
		cout << "apple還在" << endl;
	else
		cout << "apple被吃了" << endl;

}
int main()
{
	TestMap();
	system("pause");
	return 0;

}

【總結】

map中的元素是鍵值對；
map中的key是唯一的，並且不能修改
默認按照從小到大的順序對key進行排列
map中的元素如果用迭代器去遍歷，可得到一個有序的序列
底層爲平衡搜索樹（紅黑樹），查找效率高（O（logN））
支持operator[]，實際上爲插入查找。

（2）multimap
a. multimaps是關聯式容器，它按照特定的順序，存儲由key和value映射的鍵值對，其中多個鍵值對之間的key是可以重複的。
b. 在multimaps裏，通常按照key排序和唯一標識元素，而映射的value存儲與key關聯的內容。兩者的類型可以不同，通過內部成員value_type組合在一起。
c. 在內部，multimaps中的元素總是通過其內部比較對象，按照特定的順序標準對key進行排序。
d. 使用迭代器直接遍歷multimap中的元素可以得到關於key的有序序列。
e. 底層用二叉搜索樹（紅黑樹）實現。
注意：multimap和map的唯一不同是，map中的key是唯一的，而multimap中key可以重複。

應用：

#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

void test_multimap1()
{
	multimap<string, string> m;
	m.insert(make_pair("李逵", "黑旋風"));
	m.insert(make_pair("林沖", "豹子頭"));
	m.insert(make_pair("魯達", "花和尚"));

	//嘗試插入key相同的元素
	m.insert(make_pair("李逵", "鐵牛"));
	cout << m.size() << endl;

	for (auto& e : m)
	{
		cout << "<" << e.first << "," << e.second << ">" << endl;
	}

	//key爲李逵的元素有幾個
	cout << "李逵：" << m.count("李逵") << endl;


}
int main()
{
	test_multimap1();
	system("pause");
	return 0;

}

#include <string>
#include <map>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

void test_multimap2()
{
	multimap<int, int> m;
	for (int i = 0; i < 10; ++i)
		m.insert(pair<int, int>(i, i));

	for (auto&e : m)
		cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
	cout << endl;

	//返回m中大於等於5的第一個元素
	auto it = m.lower_bound(5);
	cout << it->first << "--->" << it->second << endl;

	//返回m中大於5的第一個元素
	it = m.upper_bound(5);
	cout << it->first << "--->" << it->second << endl;
}
int main()
{
	test_multimap2();
	system("pause");
	return 0;

}

（3）set
a. set是按照一定次序存儲元素的容器
b. 在set中，元素的value也標識它（value就是key，類型爲T），並且每個value必須是唯一的。set中的元素不能在容器中修改（元素總是const），但是可以從容器中插入或刪除它們
c. 在內部，set中的元素總是按照其內部比較對象（類型比較）所指示的特定嚴格弱排序準則進行排序
d. set底層是用二叉搜索樹（紅黑樹）實現

使用：

#include <string>
#include <set>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

void test_set()
{
	//用數組中的元素構造set
	int array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };
	set<int> s(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));
	cout << s.size() << endl;

	//正向打印set中的元素，從打印結果可以看出:set可以去重
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//使用迭代器逆向打印set中的元素
	for (auto it = s.rbegin(); it != s.rend(); ++it)
		cout << *it << " ";
	cout << endl;

	//set中值爲3的元素出現了幾次
	cout << s.count(3) << endl;

}
int main()
{
	test_set();
	system("pause");
	return 0;
}

（4）multiset
a. multiset是按照特定順序存儲元素的容器，其中元素是可以重複的
b. 在multiset中，元素的value也會識別它（因爲multiset中本身存儲的就是<value,value>組成的鍵值對，因此value本身就是key，key就是value，類型爲T）multiset元素的值不能在容器中進行修改（因爲元素總是const的），但可以從容器中插入或刪除
c. 在內部，multiset中的元素總是按照其內部比較規則（類型比較）所指示的特定嚴格弱排序準則進行排序
d. 使用迭代器遍歷時會得到一個有序序列
e. multiset底層結構爲二叉搜索樹（紅黑樹）

使用：

#include <string>
#include <set>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>

using namespace std;

void test_multiset()
{
	int arr[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };

	//注意：multiset在底層實際存儲的是<int, int>的鍵值對
	multiset<int> s(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//測試multiset中是否可以存儲鍵值相同的元素
	s.insert(5);
	cout << s.count(5) << endl;
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//刪除所有值爲5的元素
	s.erase(5);
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;


}
int main()
{
	test_multiset();
	system("pause");
	return 0;

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