STL標準模板庫操作 --- map

原創 alpha_2017 2020-07-04 15:45

 

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。

1、map簡介

map是一類關聯式容器。它的特點是增加和刪除節點對迭代器的影響很小，除了那個操作節點，對其他的節點都沒有什麼影響。

對於迭代器來說，可以修改實值，而不能修改key。

2、map的功能

自動建立Key－value的對應。key 和 value可以是任意你需要的類型。

根據key值快速查找記錄，查找的複雜度基本是Log(N)，如果有1000個記錄，最多查找10次，1,000,000個記錄，最多查找20次。

快速插入Key -Value 記錄。

快速刪除記錄

根據Key 修改value記錄。

遍歷所有記錄。

3、使用map

使用map得包含map類所在的頭文件

#include <map>  //注意，STL頭文件沒有擴展名.h

map對象是模板類，需要關鍵字和存儲對象兩個模板參數：

std:map<int,string> personnel;

這樣就定義了一個用int作爲索引,並擁有相關聯的指向string的指針.

爲了使用方便，可以對模板類進行一下類型定義，

4、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：

5、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，下面舉例說明：

int testMap01()
{
	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"));
	for (map<int, string>::iterator iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
		cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
	return 0;
}

第二種：用insert函數插入value_type數據，下面舉例說明

//第二種：用insert函數插入value_type數據，下面舉例說明  
int testMap02()
{
	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，下面舉例說明

int testMap03()
{
	map<int, string> mapStudent;
	mapStudent[1] = "student_one";
	mapStudent[2] = "student_two";
	mapStudent[3] = "student_three";
	for (map<int, string>::iterator  iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
		cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
	return 0;
}

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：

int testMapInsert04()
{
	map<int, string> mapStudent;
	pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
	Insert_Pair = mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));//插入數據後會返回一個Insert_Pair迭代器
	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;
	return 0;
}

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：

//驗證數組形式插入數據的效果  
int testInserArray05()
{
	map<int, string> mapStudent;
	mapStudent[1] = "student_one";
	mapStudent[1] = "student_two";
	mapStudent[2] = "student_three";  //會覆蓋之前的數據
	for (map<int, string>::iterator iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
		cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
	int nSize = mapStudent.size();
	cout << "nSize = " << nSize << endl;
	return 0;
}

6、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();

7、數據的遍歷

這裏也提供三種方法，對map進行遍歷

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

//第二種，利用反向迭代器  
int testMap06()
{
	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"));
	for (map<int, string>::reverse_iterator iter = mapStudent.rbegin(); iter != mapStudent.rend(); iter++)
		cout << iter->first << "  " << iter->second << endl;
	return 0;
}

第三種，用數組的形式，程序說明如下：

int testMap07()
{
	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();
	//此處應注意，應該是 for(int nindex = 1; nindex <= nSize; nindex++)  
	//而不是 for(int nindex = 0; nindex < nSize; nindex++)  
	for (int nindex = 1; nindex <= nSize; nindex++)
		cout << mapStudent[nindex] << endl;
	return 0;
}

8、查找並獲取map中的元素（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。

查找map中是否包含某個關鍵字條目用find()方法，傳入的參數是要查找的key，在這裏需要提到的是begin()和end()兩個成員，

分別代表map對象中第一個條目和最後一個條目，這兩個數據的類型是iterator.

程序說明：

int testMapFind08()
{
	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 = mapStudent.find(1);
	if (iter != mapStudent.end())
		cout << "Find, the value is " << iter->second << endl;
	else
		cout << "Do not Find" << endl;
	return 0;
}

通過map對象的方法獲取的iterator數據類型是一個std::pair對象，包括兩個數據 iterator->first和 iterator->second分別代表關鍵字和存儲的數據。

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：

int testMapbound09()
{
	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(1);
	//返回的是下界1的迭代器  
	cout << iter->second << endl;
	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;
	return 0;
}

9、從map中刪除元素

移除某個map中某個條目用erase（）

該成員方法的定義如下：

iterator erase（iterator it);//通過一個條目對象刪除
iterator erase（iterator first，iterator last）//刪除一個範圍
size_type erase(const Key&key);//通過關鍵字刪除

clear()就相當於

enumMap.erase(enumMap.begin(),enumMap.end());

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：

int testEraseMap10()
{
	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());
	return 0;
}

10、map中的swap用法

map中的swap不是一個容器中的元素交換，而是兩個容器所有元素的交換。

11、排序-map中的sort問題

map中的元素是自動按Key升序排序，所以不能對map用sort函數；

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：

int testMapSort11()
{
	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 << ' ' << iter->first.strName << ' ' << 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：

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 testFunction12()
{   //用學生信息映射分數  
	map<Studentinfo, int, sort>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 << ' ' << iter->first.strName << ' ' << iter->second << endl;
	return 0;
}

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吧，不說了……

12、map的基本操作函數：

C++ maps是一種關聯式容器，包含“關鍵字/值”對

#if 0
	begin()         返回指向map頭部的迭代器
	clear(）        刪除所有元素
	count()         返回指定元素出現的次數
	empty()         如果map爲空則返回true
	end()           返回指向map末尾的迭代器
	equal_range()   返回特殊條目的迭代器對
	erase()         刪除一個元素
	find()          查找一個元素
	get_allocator() 返回map的配置器
	insert()        插入元素
	key_comp()      返回比較元素key的函數
	lower_bound()   返回鍵值 >= 給定元素的第一個位置
	max_size()      返回可以容納的最大元素個數
	rbegin()        返回一個指向map尾部的逆向迭代器
	rend()          返回一個指向map頭部的逆向迭代器
	size()          返回map中元素的個數
	swap()           交換兩個map
	upper_bound()    返回鍵值>給定元素的第一個位置
	value_comp()     返回比較元素value的函數
#endif
int main(){
	cout << "插入數據01" << endl;
	testMap01();
	cout << "插入數據02" << endl;
	testMap02();
	cout << "插入數據03" << endl;
	testMap03();
	cout << "驗證插入數據是否成功" << endl;
	testMapInsert04();
	cout << "驗證數組插入數據效果" << endl;
	testInserArray05();
	cout << "驗證迭代器遍歷map" << endl;
	testMap06();
	cout << "驗證數組遍歷map" << endl;
	testMap07();
	cout << "驗證map查找" << endl;
	testMapFind08();
	cout << "驗證map Bound" << endl;
	testMapbound09();
	cout << "驗證map erase" << endl;
	testEraseMap10();
	cout << "驗證map sort" << endl;
	testMapSort11();
	cout << "驗證map 仿函數 sort" << endl;
	testFunction12();
	return 0;
}

 

參考資料：

https://www.cnblogs.com/fnlingnzb-learner/p/5833051.html

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