map和set的概念及使用

1.什麼是關聯式容器？

• 關聯式容器也是用來存儲數據的，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

2.什麼是鍵值對？

• 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對應的信息

SGI-STL中對鍵值對的定義：

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)
	{}
};

3.樹型結構的關聯式

樹型結構的關聯式容器主要有四種：map、set、multimap、multiset四種容器的共同點是：使用平衡搜索樹(即紅黑樹)作爲其底層結果，容器中的元素是一個有序的序列。

3.1 set

3.1.1 set的介紹

1. set是按照一定次序存儲元素的容器
2. 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，但是可以從容器中插入或刪除它們。
3. 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。
4. set容器通過key訪問單個元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它們允許根據順序對子集進行直接迭代。
5. set在底層是用二叉搜索樹(紅黑樹)實現的。

3.1.2 set的使用

1.set的模板參數使用

T: set中存放元素的類型，實際在底層存儲<value, value>的鍵值對。
Compare：set中元素默認按照小於來比較
Alloc：set中元素空間的管理方式，使用STL提供的空間配置器管理

2.set的構造

函數聲明	功能介紹
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	構造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	用[first, last)區間中的元素構造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);	set的拷貝構造

3.set的迭代器

函數聲明	功能介紹
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最後一個元素後面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最後一個元素後面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一個元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最後一個元素下一個位置的反向迭代器，即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一個元素的反向const迭代器,即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最後一個元素下一個位置的反向const迭代器，即crbegin

4.set的容量

函數聲明	功能介紹
bool empty ( ) const	檢測set是否爲空，空返回true，否則返回true
size_type size() const	返回set中有效元素的個數

5.set的操作修改

函數聲明	功能介紹
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )	在set中插入元素x，實際插入的是<x, x>構成的鍵值對，如果插入成功，返回<該元素在set中的位置，true>,如果插入失敗，說明x在set中已經存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	刪除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	刪除set中值爲x的元素，返回刪除的元素的個數
void erase ( iterator first, iterator last )	刪除set中[first, last)區間中的元素
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& st );	交換set中的元素
void clear ( )	將set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值爲x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值爲x的元素的個數

6.set的使用

#include<iostream>
#include <set>
using namespace std;
void TestSet()
{
	// 用數組array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, 0,3,3,3,3,3,3 };
	set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	cout << s.size() << endl;

	// 正向打印set中的元素，從打印結果中可以看出：set可去重
	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;
	s.insert(11);
	s.erase(3);
	set<int>::reverse_iterator rit = s.rbegin();
	while (rit != s.rend()){
		cout << *rit<<" ";
		rit++;
	}
}
int main()
{
	TestSet();
	system("pause");
	return 0;
}

運行結果：

3.2 map：

3.2.1 map的介紹

• map是關聯容器，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。
• 在map中，鍵值key通常用於排序和惟一地標識元素，而值value中存儲與此鍵值key關聯的內容。鍵值 key和值value的類型可能不同，並且在map的內部，key與value通過成員類型value_type綁定在一起，爲其取別名稱爲pair: typedef pair value_type;
• 在內部，map中的元素總是按照鍵值key進行比較排序的。
• map中通過鍵值訪問單個元素的速度通常比unordered_map容器慢，但map允許根據順序對元素進行 直接迭代(即對map中的元素進行迭代時，可以得到一個有序的序列)。
• 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。
• map通常被實現爲二叉搜索樹(更準確的說：平衡二叉搜索樹(紅黑樹))

3.2.2 map的使用

1. map的模板參數說明

key: 鍵值對中key的類型
T： 鍵值對中value的類型
Compare: 比較器的類型，map中的元素是按照key來比較的，缺省情況下按照小於來比較，一般情況下(內置類型元素)該參數不需要傳遞，如果無法比較時(自定義類型)，需要用戶自己顯式傳遞比較規則(一般情況下按照函數指針或者仿函數來傳遞)
Alloc：通過空間配置器來申請底層空間，不需要用戶傳遞，除非用戶不想使用標準庫提供的空間配置器
注意：在使用map時，需要包含頭文件。

2. map的構造

函數聲明	功能介紹
map()	構造一個空的map

3. map的迭代器

函數聲明	功能介紹
begin()和end()	begin:首元素的位置，end最後一個元素的下一個位置
cbegin()和cend()	與begin和end意義相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和–操作與begin和end操作移動相反
crbegin()和crend()	與rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改

4. map的容量和元素訪問

函數聲明	功能簡介
bool empty ( ) const	檢測map中的元素是否爲空，是返回true，否則返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的個數
mapped_type& operator[] (const key_type& k)	返回去key對應的value

注意：在元素訪問時，有一個與operator[]類似的操作at()(該函數不常用)函數，都是通過key找到與key對應的value然後返回其引用，不同的是：當key不存在時，operator[]用默認value與key構造鍵值對然後插入，返回該默認value，at()函數直接拋異常。

5. map中元素的修改

函數聲明	功能簡介
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x )	在map中插入鍵值對x，注意x是一個鍵值對，返回值也是鍵值對：iterator代表新插入元素的位置，bool代表釋放插入成功
void erase ( iterator position )	刪除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x )	刪除鍵值爲x的元素
void erase ( iterator first, iterator last )	刪除[first, last)區間中的元素
void swap ( map<Key,T,Compare,Allocator>& mp )	交換兩個map中的元素
void clear ( )	將map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x )	在map中插入key爲x的元素，找到返回該元素的位置的迭代器，否則返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key爲x的元素，找到返回該元素的位置的const迭代器，否則返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key爲x的鍵值在map中的個數，注意map中key是唯一的，因此該函數的返回值要麼爲0，要麼爲1，因此也可以用該函數來檢測一個key是否在map中

#include <string>
#include <map>
void TestMap()
{
    map<string, string> m;
 
    // 向map中插入元素的方式：
    // 將鍵值對<"peach","桃子">插入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map中，用make_pair函數來構造鍵值對
    m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));
    
    // 借用operator[]向map中插入元素
    /*
    operator[]的原理是：
      用<key, T()>構造一個鍵值對，然後調用insert()函數將該鍵值對插入到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返回值鍵值對中的value返回
	*/
    // 將<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，將“蘋果”賦值給該引用結果，
    m["apple"] = "蘋果";
 
    // key不存在時拋異常
    //m.at("waterme") = "水蜜桃";
    cout << m.size() << endl;
 
    // 用迭代器去遍歷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key存在將插入失敗
    auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));
    if (ret.second)
        cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已經插入" << endl;
    else
        cout << "鍵值爲peach的元素已經存在：" << ret.first->first << "--->" << 
ret.first->second <<" 插入失敗"<< endl;
 
    // 刪除key爲"apple"的元素
    m.erase("apple");
 
    if (1 == m.count("apple"))
        cout << "apple還在" << endl;
    else
        cout << "apple被吃了" << endl;
}

3.3 multiset

3.3.1 multiset的介紹

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. multiset容器通過key訪問單個元素的速度通常unordered_multiset容器慢，但當使用迭代器遍歷時會得到一個有序序列。
5. multiset底層結構爲二叉搜索樹(紅黑樹)。

注意：

• multiset中再底層中存儲的是<value, value>的鍵值對
• mtltiset的插入接口中只需要插入即可
• 與set的區別是，multiset中的元素可以重複，set是中value是唯一的
• 使用迭代器對multiset中的元素進行遍歷，可以得到有序的序列
• multiset中的元素不能修改
• 在multiset中找某個元素，時間複雜度爲O(log N)
• multiset的作用：可以對元素進行排序

3.3.2 multiset的使用

multiset的接口與set接口基本一致。

#include <set>
void TestSet()
{
     int array[] = { 2, 1, 3,2,1,3, 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(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));
     for (auto& e : s)
         cout << e << " ";
     cout << endl;
     return 0;
}

3.4 multimap

3.4.1 multimap的介紹

1. Multimaps是關聯式容器，它按照特定的順序，存儲由key和value映射成的鍵值對<key, value>，其中多個鍵值對之間的key是可以重複的。
2. 在multimap中，通常按照key排序和惟一地標識元素，而映射的value存儲與key關聯的內容。key和value的類型可能不同，通過multimap內部的成員類型value_type組合在一起，value_type是組合key和value的鍵值對:
   cpp typedef pair<const Key, T> value_type;
3. 在內部，multimap中的元素總是通過其內部比較對象，按照指定的特定嚴格弱排序標準對key進行排序的。
4. multimap通過key訪問單個元素的速度通常比unordered_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍歷multimap中的元素可以得到關於key有序的序列。
5. multimap在底層用二叉搜索樹(紅黑樹)來實現。

multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重複的。

3.4.2 multimap的使用

multimap中的接口可以參考map，功能都是類似的。
注意：

1. multimap中的key是可以重複的。
2. multimap中的元素默認將key按照小於來比較
3. multimap中沒有重載operator[]操作。
4. 使用時與map包含的頭文件相同