C++STL之 map詳解

map是STL的一個關聯容器，它提供一對一（其中第一個可以稱爲關鍵字，每個關鍵字只能在map中出現一次，第二個可能稱爲該關鍵字的值）的數據處理能力，由於這個特性，它完成有可能在我們處理一對一數據的時候，在編程上提供快速通道。這裏說下map內部數據的組織，map內部自建一顆紅黑樹(一種非嚴格意義上的平衡二叉樹)，這顆樹具有對數據自動排序的功能，所以在map內部所有的數據都是有序的，後邊我們會見識到有序的好處。

下面舉例說明什麼是一對一的數據映射。比如一個班級中，每個學生的學號跟他的姓名就存在着一一映射的關係，這個模型用map可能輕易描述，很明顯學號用int描述，姓名用字符串描述(本篇文章中不用char *來描述字符串，而是採用STL中string來描述),下面給出map描述代碼：

Map<int, string> mapStudent;

1.map的構造函數
map共提供了6個構造函數，這塊涉及到內存分配器這些東西，略過不表，在下面我們將接觸到一些map的構造方法，這裏要說下的就是，我們通常用如下方法構造一個map： Map<int, string> mapStudent;

2.數據的插入
在構造map容器後，我們就可以往裏面插入數據了。這裏講三種插入數據的方法：
第一種：用insert函數插入pair數據

舉個栗子：

#include<string>
#include<map>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string>mapStudent;
	mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
	map<int, string>::iterator iter;
	for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++){
		cout << iter->first << " "<< iter->second << endl;
	}

	return 0;
}

make_pair()//返回類型爲對應的pair類型
無需寫出類別，就可以生成一個pair對象
例：
make_pair(1,'@')
而不必費力的寫成
pair<int ,char>(1,'@')

第二種：用insert函數插入value_type數據

舉個栗子:

#include<string>
#include<map>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string>mapStudent;
	mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(1, "student_one"));
	mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(2, "student_two"));
	mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(3, "student_three"));
	map<int, string>::iterator iter;
	for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++){
		cout << iter->first << " "<< iter->second << endl;
	}

	return 0;
}

第三種：用數組方式插入數據

舉個栗子：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
       map<int, string> mapStudent;
       mapStudent[1] =  "student_one";
       mapStudent[2] =  "student_two";
       mapStudent[3] =  "student_three";
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
       {
          cout<<iter->first<<"   "<<iter->second<<endl;
       }
}

以上三種用法，雖然都可以實現數據的插入，但是它們是有區別的，當然了第一種和第二種在效果上是完成一樣的，用insert函數插入數據，在數據的插入上涉及到集合的唯一性這個概念，即當map中有這個關鍵字時，insert操作是插入數據不了的，但是用數組方式就不同了，它可以覆蓋以前該關鍵字對應的值，用程序說明

mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_one"));
mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_two"));

上面這兩條語句執行後，map中1這個關鍵字對應的值是"student_one"，第二條語句並沒有生效，那麼這就涉及到我們怎麼知道insert語句是否插入成功的問題了，可以用pair來獲得是否插入成功，程序如下

Pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
Insert_Pair = mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_one"));

我們通過pair的第二個變量來知道是否插入成功，它的第一個變量返回的是一個map的迭代器，如果插入成功的話Insert_Pair.second應該是true的，否則爲false。

下面給出完成代碼，演示插入成功與否問題

#include<map>
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string> mapStudent;
	pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
	Insert_Pair = mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
	if(Insert_Pair.second == true)
	{
		cout << "Insert Successfully" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "Insert Failure" << endl;
	}
	Insert_Pair = mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_two"));
	if(Insert_Pair.second == true)
	{
		cout << "Insert Successfully" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "Insert Failure" << endl;
	}
	map<int, string>::iterator  iter;
	for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
	{
		cout << iter->first << "   " << iter->second << endl;
	}
}

大家可以用如下程序，看下用數組插入在數據覆蓋上的效果

#include <map>  
#include <string>  
#include <iostream>  
using namespace std;
int main()
{
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent[1] = "student_one";
    mapStudent[1] = "student_two";
    mapStudent[2] = "student_three";
    map<int, string>::iterator  iter;
    for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
    {
        cout << iter->first << "   " << iter->second << endl;
    }
} 

3.map的大小

在往map裏面插入了數據，我們怎麼知道當前已經插入了多少數據呢，可以用size函數，用法如下：

    int nSize = mapStudent.size();

4.數據的遍歷

這裏也提供三種方法，對map進行遍

第一種：應用前向迭代器，上面舉例程序中到處都是了，略過不表

第二種：應用反相迭代器，下面舉例說明，要體會效果，請自個動手運行程序

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
       map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
       map<int, string>::reverse_iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.rbegin(); iter != mapStudent.rend(); iter++)
       {
          cout<<iter->first<<"   "<<iter->second<<endl;
       }
}

第三種：用數組方式，程序說明如下

#include <map>  
#include <string>  
#include <iostream>  
using namespace std;
int main()
{
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
    int nSize = mapStudent.size();
         for(int nIndex = 1; nIndex <= nSize; nIndex++){
            cout << mapStudent[nIndex] << endl;
        }
}  

5.數據的查找（包括判定這個關鍵字是否在map中出現）

在這裏我們將體會，map在數據插入時保證有序的好處。

要判定一個數據（關鍵字）是否在map中出現的方法比較多，這裏標題雖然是數據的查找，在這裏將穿插着大量的map基本用法。

這裏給出三種數據查找方法

第一種：用count函數來判定關鍵字是否出現，其缺點是無法定位數據出現位置,由於map的特性，一對一的映射關係，就決定了count函數的返回值只有兩個，要麼是0，要麼是1，出現的情況，當然是返回1了

第二種：用find函數來定位數據出現位置，它返回的一個迭代器，當數據出現時，它返回數據所在位置的迭代器，如果map中沒有要查找的數據，它返回的迭代器等於end函數返回的迭代器，程序說明

#include <map>  
#include <string>  
#include <iostream>  
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string> mapStudent;
	mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
	map<int, string>::iterator iter;
	iter = mapStudent.find(1);
	if (iter != mapStudent.end()){
		cout << "Find, the value is " << iter->second << endl;
	}
	else{
		cout << "Do not Find" << endl;
	}
}

第三種：這個方法用來判定數據是否出現，是顯得笨了點，但是，我打算在這裏講解

Lower_bound函數用法，這個函數用來返回要查找關鍵字的下界(是一個迭代器)

Upper_bound函數用法，這個函數用來返回要查找關鍵字的上界(是一個迭代器)

例如：map中已經插入了1，2，3，4的話，如果lower_bound(2)的話，返回的2，而upper-bound（2）的話，返回的就是3

Equal_range函數返回一個pair，pair裏面第一個變量是Lower_bound返回的迭代器，pair裏面第二個迭代器是Upper_bound返回的迭代器，如果這兩個迭代器相等的話，則說明map中不出現這個關鍵字，程序說明

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string> mapStudent;
	mapStudent[1] = "student_one";
	mapStudent[3] = "student_three";
	mapStudent[5] = "student_five";
	map<int, string>::iterator  iter;
	iter = mapStudent.lower_bound(2);{
		//返回的是下界3的迭代器
		cout << iter->second << endl;
	}
	iter = mapStudent.lower_bound(3);{
		//返回的是下界3的迭代器
		cout << iter->second << endl;
	}
	iter = mapStudent.upper_bound(2);{
		//返回的是上界3的迭代器
		cout << iter->second << endl;
	}
	iter = mapStudent.upper_bound(3);{
		//返回的是上界5的迭代器
		cout << iter->second << endl;
	}
	pair<map<int, string>::iterator, map<int, string>::iterator> mapPair;
	mapPair = mapStudent.equal_range(2);
	if (mapPair.first == mapPair.second){
		cout << "Do not Find" << endl;
	}
	else{
		cout << "Find" << endl;
	}
	mapPair = mapStudent.equal_range(3);
	if (mapPair.first == mapPair.second){
		cout << "Do not Find" << endl;
	}
	else{
		cout << "Find" << endl;
	}
}

6.  數據的清空與判空

清空map中的數據可以用clear()函數，判定map中是否有數據可以用empty()函數，它返回true則說明是空map

7.  數據的刪除

這裏要用到erase函數，它有三個重載了的函數，下面在例子中詳細說明它們的用法

#include <map>  
#include <string>  
#include <iostream>  
using namespace std;
int main()
{
	map<int, string> mapStudent;
	mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
	mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
	//如果你要演示輸出效果，請選擇以下的一種，你看到的效果會比較好  
	//如果要刪除1,用迭代器刪除  
	map<int, string>::iterator iter;
	iter = mapStudent.find(1);
	mapStudent.erase(iter);
	//如果要刪除1，用關鍵字刪除  
	int n = mapStudent.erase(1);//如果刪除了會返回1，否則返回0  
	//用迭代器，成片的刪除  
	//一下代碼把整個map清空  
	mapStudent.erase(mapStudent.begin(), mapStudent.end());
	//成片刪除要注意的是，也是STL的特性，刪除區間是一個前閉後開的集合  
	//自個加上遍歷代碼，打印輸出吧  
}

8.其他一些函數用法

這裏有swap,key_comp,value_comp,get_allocator等函數，感覺到這些函數在編程用的不是很多，略過不表，有興趣的話可以自個研究

9.排序

這裏要講的是一點比較高深的用法了,排序問題，STL中默認是採用小於號來排序的，以上代碼在排序上是不存在任何問題的，因爲上面的關鍵字是int型，它本身支持小於號運算，在一些特殊情況，比如關鍵字是一個結構體，涉及到排序就會出現問題，因爲它沒有小於號操作，insert等函數在編譯的時候過不去，下面給出兩個方法解決這個問題

第一種：小於號重載，程序舉例

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

typedef struct tagStudentInfo{
	int      nID;
	string   strName;
	bool operator < (tagStudentInfo const& _A) const
	{
		//這個函數指定排序策略，按nID排序，如果nID相等的話，按strName排序  
		if(nID < _A.nID)  return true;
		if(nID == _A.nID) return strName.compare(_A.strName) < 0;
		return false;
	}
}StudentInfo, *PStudentInfo;  //學生信息  
int main()
{
	//int nSize;		//用學生信息映射分數  
	map<StudentInfo, int>mapStudent;
	map<StudentInfo, int>::iterator iter;
	StudentInfo studentInfo;
	studentInfo.nID = 1;
	studentInfo.strName = "student_one";
	mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 90));
	studentInfo.nID = 2;
	studentInfo.strName = "student_two";
	mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 80));
	for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
		cout << iter->first.nID << endl << iter->first.strName << endl << iter->second << endl;
	return 0;
}

第二種：仿函數的應用，這個時候結構體中沒有直接的小於號重載，程序說明

#include <map>
#include <string>
using namespace std;
typedef struct tagStudentInfo
{
	int nID;
	string   strName;
}StudentInfo, *PStudentInfo;  //學生信息
class sort
{
	public:
		bool operator() (StudentInfo const &_A, StudentInfo const &_B) const
		{
			if(_A.nID < _B.nID) return true;
			if(_A.nID == _B.nID) return _A.strName.compare(_B.strName) < 0;
			return false;
		}
};
int main()
{
	//用學生信息映射分數
	map<StudentInfo, int, sort>mapStudent;
	StudentInfo studentInfo;
	studentInfo.nID = 1;
	studentInfo.strName = "student_one";
	mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 90));
	studentInfo.nID = 2;
	studentInfo.strName = "student_two";
	mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 80));
}

0.另外

由於STL是一個統一的整體，map的很多用法都和STL中其它的東西結合在一起，比如在排序上，這裏默認用的是小於號，即less<>，如果要從大到小排序呢，這裏涉及到的東西很多，在此無法一一加以說明。

還要說明的是，map中由於它內部有序，由紅黑樹保證，因此很多函數執行的時間複雜度都是log2N的，如果用map函數可以實現的功能，而STL  Algorithm也可以完成該功能，建議用map自帶函數，效率高一些。

下面說下，map在空間上的特性，否則，估計你用起來會有時候表現的比較鬱悶，由於map的每個數據對應紅黑樹上的一個節點，這個節點在不保存你的數據時，是佔用16個字節的，一個父節點指針，左右孩子指針，還有一個枚舉值（標示紅黑的，相當於平衡二叉樹中的平衡因子），我想大家應該知道，這些地方很費內存了。