STL之map與pair常用函數詳解

STL之map與pair與unordered_map常用函數詳解

一、map的概述

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：

衆所周知，在定義數組的時候比如（int array[10]) ，array[0]=25,array[1]=10,其實就是一個映射，將0—>25,1—>10,就是將0映射到25，將1映射到10，這種一一對應的關係就是映射，就數組來說，他的下標和其下標所對應的值就是一種映射關係，但是這一種關係比較死板，於是就有map，這一種容器，map可以建立將任何基本類型（包括STL容器）映射到任何基本數據類型（包括STL容器）。

二、map的定義與初始化（插入）

單獨定義一個map：

//  引入一個頭文件
#include <map>
map<typename1,typename2> mp;

typename1是鍵值的數據類型
typename2是值的數據類型
如果是字符串映射到整型數組，鍵值必須使用string類型，而不能使用char數組。

這是因爲char作爲數組，不能作爲鍵值。
map的鍵和值可以是STL的容器，我們將set映射到一個字符串

map<set<int>,string> mp;

三、map的元素的訪問

map中的容器值可以通過：下標和迭代器進行訪問。
下標訪問map鍵值是唯一的

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<char,int> mp;
    mp['c']=20;
    mp['c']=30;   //  由於鍵值唯一，第一個他的值將會被覆蓋
    cout<<mp['c']<<endl;
    return 0;
}
//  輸出
30

通過迭代器訪問

map的迭代器與其他STL容器相同

map<typename1,typename2>::iterator it;
//  由於一個it對應兩個值，我們使用  it->first  訪問鍵  it->second  訪問值

下面來看一個示例：

PS：下面我以3種不同的方式進行插入不懂得可以參照這一篇文章： C++ pair 和make_pair的使用與區別

//   以類似數組的的表達方式來進行
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<char,int> mp;
    char key;
    int val;
    int t=5;
    while(t--)
    {
        cin>>key>>val;
        mp[key]=val;
    }
    //   通過迭代器來訪問
    for(map<char,int>::iterator it=mp.begin();it!=mp.end();it++)
    {
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    }
    return 0;
}

a 5
s 8
z 6
p 3
t 7
    
a 5
p 3
s 8
t 7
z 6

其實細心的小夥伴已經發現，其輸出結果是按照鍵值進行升序排序的。C++11中有unordered_map,以散列來代替map內部的紅黑樹實現，其不需要排序，速度就快很多了。下面會有介紹。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<char,int> mp;
    char key;
    int val;
    int t=5;
    while(t--)
    {
        cin>>key>>val;
        mp.insert(make_pair(key,val));   // 以make_pair來插入
    }
    for(map<char,int>::iterator it=mp.begin();it!=mp.end();it++)
    {
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    }
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<char,int> mp;
    char key;
    int val;
    int t=5;
    while(t--)
    {
        cin>>key>>val;
        mp.insert(pair<char,int>(key,val));  //  以pair來插入
    }
    for(map<char,int>::iterator it=mp.begin();it!=mp.end();it++)
    {
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    }
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
    map<char,int> mp;
    char key;
    int val;
    int t=5;
    while(t--)
    {
        cin>>key>>val;
        mp.insert(pair<char,int>(key,val)); 
    }
    //  這種基於範圍的for循環，只有C++11以上纔可以
    for(auto it=mp.begin();it!=mp.end();it++)
    {
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    }
    return 0;
}

用insert函數插入**value_type**數據，下面舉例說明

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student2"));
    for(map<int,string>::iterator it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    return 0;
}

//  輸出結果：
G:\clion\qifei\cmake-build-debug\qifei.exe
1 student1
2 student2
3 student2

Process finished with exit code 0

四.map常用函數解析

find()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 <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student2"));
    map<int,string>::iterator pter=mapStudent.find(2);
    cout<<pter->first<<" "<<pter->second<<endl;
    return 0;
}
//  輸出結果：
2 student2

erase()刪除元素有兩種方法：刪除單個元素；刪除一個區間的元素。

刪除單個元素：

mp.erase(it), it爲要刪除的元素的迭代器

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student2"));
    map<int,string>::iterator pter=mapStudent.find(2);
    mapStudent.erase(pter);
    for(map<int,string>::iterator it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    return 0;
}

//  輸出結果：
1 student1
3 student2

通過鍵值來刪除一個元素：

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student2"));
    map<int,string>::iterator pter=mapStudent.find(2);
    mapStudent.erase(2);
    for(map<int,string>::iterator it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    return 0;
}

// 輸出結果：
1 student1
3 student2

2.erase（first，last），可以刪除整個區間的元素；刪除區間爲[first,last)。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student3"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(4,"student4"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(5,"student5"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(6,"student6"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(7,"student7"));
    map<int,string>::iterator pter=mapStudent.find(4);
    mapStudent.erase(pter,mapStudent.end());
    for(map<int,string>::iterator it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    return 0;
}

//  輸出結果：
1 student1
2 student2
3 student3

size() ，可以獲取map中的映射對數。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student3"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(4,"student4"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(5,"student5"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(6,"student6"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(7,"student7"));
    cout<<mapStudent.size()<<endl;
    return 0;
}

//  輸出結果：
7

clear(),請空所有的元素。

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(3,"student3"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(4,"student4"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(5,"student5"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(6,"student6"));
    mapStudent.insert(map<int,string>::value_type(7,"student7"));
    mapStudent.clear();
    cout<<mapStudent.size()<<endl;
    return 0;
}

//  輸出結果：
0

map和unordered_map`(c++11)`的使用

unordered_map的用法和map是一樣的，提供了 insert，size，count等操作，並且裏面的元素也是以pair類型來存貯的。其底層實現是完全不同的，上方已經解釋了，但是就外部使用來說卻是一致的。

map和unordered_map的差別

需要引入的頭文件不同

map: #include < map >
unordered_map: #include < unordered_map >

內部實現機理不同
map： map內部實現了一個紅黑樹（紅黑樹是非嚴格平衡二叉搜索樹，而AVL是嚴格平衡二叉搜索樹），紅黑樹具有自動排序的功能，因此map內部的所有元素都是有序的，紅黑樹的每一個節點都代表着map的一個元素。因此，對於map進行的查找，刪除，添加等一系列的操作都相當於是對紅黑樹進行的操作。map中的元素是按照二叉搜索樹（又名二叉查找樹、二叉排序樹，特點就是左子樹上所有節點的鍵值都小於根節點的鍵值，右子樹所有節點的鍵值都大於根節點的鍵值）存儲的，使用中序遍歷可將鍵值按照從小到大遍歷出來。
unordered_map: unordered_map內部實現了一個哈希表（也叫散列表，通過把關鍵碼值映射到Hash表中一個位置來訪問記錄，查找的時間複雜度可達到O(1)，其在海量數據處理中有着廣泛應用）。因此，其元素的排列順序是無序的。哈希表詳細介紹

優缺點以及適用處
map：

優點：

有序性，這是map結構最大的優點其元素的有序性在很多應用中都會簡化很多的操作
紅黑樹，內部實現一個紅黑書使得map的很多操作在lgn的時間複雜度下就可以實現，因此效率非常的高
缺點：空間佔用率高，因爲map內部實現了紅黑樹，雖然提高了運行效率，但是因爲每一個節點都需要額外保存父節點、孩子節點和紅/黑性質，使得每一個節點都佔用大量的空間

適用處：對於那些有順序要求的問題，用map會更高效一些

unordered_map：

優點：因爲內部實現了哈希表，因此其查找速度非常的快
缺點：哈希表的建立比較耗費時間
適用處：對於查找問題，unordered_map會更加高效一些，因此遇到查找問題，常會考慮一下用unordered_map
總結：

內存佔有率的問題就轉化成紅黑樹 VS hash表 , 還是unorder_map佔用的內存要高。
但是unordered_map執行效率要比map高很多
對於unordered_map或unordered_set容器，其遍歷順序與創建該容器時輸入的順序不一定相同，因爲遍歷是按照哈希表從前往後依次遍歷的

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
using namespace std;
int main() {
    unordered_map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(2,"student2"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(4,"student4"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(5,"student5"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(3,"student3"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(7,"student7"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(6,"student6"));
    mapStudent.insert(unordered_map<int,string>::value_type(1,"student1"));
    for(auto it=mapStudent.begin();it!=mapStudent.end();it++)
        cout<<it->first<<" "<<it->second<<endl;
    return 0;
}

// 輸出結果：
G:\clion\qifei\cmake-build-debug\qifei.exe
1 student1
6 student6
7 student7
2 student2
4 student4
5 student5
3 student3

Process finished with exit code 0

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