C++ STL中 set和map介绍以及使用方法

落日映苍穹つ 2023-09-28 17:35 31阅读 0赞

### C++ STL中 set和map介绍以及使用方法 ###

*  一、序列式容器和关联式容器
 *   *  1. 序列式容器
     *  2. 关联式容器
 *  二、键值对和树形结构的关联式容器
 *   *  1. 键值对
     *  2. 树形结构的关联式容器
 *  三、set和multiset
 *   *  1、set
     *   *  1.1 set的介绍
         *  1.2 set的使用
         *   *  1.2.1 set的模板参数列表
             *  1.2.2 set的构造
             *  1.2.3 set的迭代器
             *  1.2.4 set的容量
             *  1.2.5 set修改操作
             *  1.2.6 set的使用举例
     *  2. multiset
     *   *  2.1 multiset的介绍
         *  2.2 multiset的使用
 *  四、map和multimap
 *   *  1. map
     *   *  1.1 map的介绍
         *  1.2 map的使用
         *   *  1.2.1 map的模板参数说明
             *  1.2.2 map的构造
             *  1.2.3 map的迭代器
             *  1.2.4 map的容量与元素访问
             *  1.2.5 map中元素的修改
             *  1.2.6 map举例
     *  2. multimap
     *   *  2.1 multimap的介绍
         *  2.2 multimap的使用

# 一、序列式容器和关联式容器 #

## 1. 序列式容器 ##

在前面，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward\_list(C++11)等，这些容器统称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。

## 2. 关联式容器 ##

关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

# 二、键值对和树形结构的关联式容器 #

## 1. 键值对 ##

**用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value，key代表键值，value表示与key对应的信息**。比如：现在要建立一个英汉互译的字典，那该字典中必然有英文单词与其对应的中文含义，而且，英文单词与其中文含义是一一对应的关系，即通过该应该单词，在词典中就可以找到与其对应的中文含义。  
**例如SGI-STL中关于键值对的定义：**

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)
    	{
        }
    };

## 2. 树形结构的关联式容器 ##

根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：**树型结构与哈希结构**。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：**使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列**。

# 三、set和multiset #

## 1、set ##

### 1.1 set的介绍 ###

[set的介绍: ][set_]

1.  set是按照一定次序存储元素的容器
2.  在set中，元素的value也标识它(value就是key，类型为T)，并且每个value必须是唯一的。set中的元素不能在容器中修改(元素总是const)，但是可以从容器中插入或删除它们。
3.  在内部，set中的元素总是按照其内部比较对象(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
4.  set容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered\_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。
5.  set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

**【注意事项】**

1.  与map/multimap不同，map/multimap中存储的是真正的键值对<key, value>，set中只放value，但在底层实际存放的是由<value, value>构成的键值对。
2.  set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
3.  set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。
4.  使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列
5.  set中的元素默认按照小于来比较
6.  set中查找某个元素，时间复杂度为：O( l o g 2 n log\_2 n log2n)
7.  set中的元素不允许修改
8.  set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

### 1.2 set的使用 ###

#### 1.2.1 set的模板参数列表 ####

![1ff92a5a005c461b8ccf42ff55ac79cc.png][]

*  T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。
 *  Compare：set中元素默认按照小于来比较。
 *  Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理。

#### 1.2.2 set的构造 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/set/" rel="nofollow">构造函数</a></th> 
   <th>功能介绍</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>set ( )</td> 
   <td>构造空的set</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set (first, last)</td> 
   <td>用[first, last)区间中的元素构造set</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>set ( const set&amp; x)</td> 
   <td>set的拷贝构造</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.3 set的迭代器 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th align="left">功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>iterator begin()</td> 
   <td align="left">返回set中起始位置元素的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>iterator end()</td> 
   <td align="left">返回set中最后一个元素后面的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>const_iterator cbegin() const</td> 
   <td align="left">返回set中起始位置元素的const迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>const_iterator cend() const</td> 
   <td align="left">返回set中最后一个元素后面的const迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>reverse_iterator rbegin()</td> 
   <td align="left">返回set第一个元素的反向迭代器，即end</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>reverse_iterator rend()</td> 
   <td align="left">返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即rbegin</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>const_reverse_iterator crbegin() const</td> 
   <td align="left">返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>const_reverse_iterator crend() const</td> 
   <td align="left">返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器，即crbegin</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.4 set的容量 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能介绍</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/empty/" rel="nofollow">empty </a></td> 
   <td>检测set是否为空，空返回true，否则返回true</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/size/" rel="nofollow">size </a></td> 
   <td>返回set中有效元素的个数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.5 set修改操作 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能介绍</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/insert/" rel="nofollow">insert </a></td> 
   <td>在set中插入元素x，实际插入的是&lt;x, x&gt;构成的键值对，返回值是键值对 &lt;迭代器，bool&gt;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/erase/" rel="nofollow">erase</a></td> 
   <td>删除set中position位置上的元素; 删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数; 删除set中[first, last)区间中的元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/swap/" rel="nofollow">swap </a></td> 
   <td>交换set中的元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/clear/" rel="nofollow">clear </a></td> 
   <td>将set中的元素清空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/find/" rel="nofollow">find </a></td> 
   <td>返回set中值为x的元素的位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/set/set/count/" rel="nofollow">count </a></td> 
   <td>返回set中值为x的元素的个数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.6 set的使用举例 ####

#include<iostream>
    using namespace std;
    #include <set>
    
    void TestSet()
    {
        
    	// 用数组array中的元素构造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;
    	for (auto e : array)
    		s.insert(e);
    
    	cout << s.size() << endl;
    	
    	// 正向打印set中的元素，从打印结果中可以看出：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中值为3的元素出现了几次
    	cout << s.count(3) << endl;
    }
    
    int main()
    {
        
    	TestSet();
    
    	return 0;
    }

结果：  
![d436557a3b1b467dbcf73d98916f8f51.png][]

## 2. multiset ##

### 2.1 multiset的介绍 ###

[multiset介绍：][multiset]

1.  multiset是按照特定顺序存储元素的容器，其中元素是可以重复的。
2.  在multiset中，元素的value也会识别它(因为multiset中本身存储的就是<value, value>组成的键值对，因此value本身就是key，key就是value，类型为T). multiset元素的值不能在容器中进行修改(因为元素总是const的)，但可以从容器中插入或删除。
3.  在内部，multiset中的元素总是按照其内部比较规则(类型比较)所指示的特定严格弱排序准则进行排序。
4.  multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered\_multiset容器慢，但当使用迭代器遍历时会得到一个有序序列。
5.  multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

【注意事项】

1.  multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
2.  mtltiset的插入接口中只需要插入即可
3.  与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
4.  使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
5.  multiset中的元素不能修改
6.  在multiset中找某个元素，时间复杂度为 O ( l o g 2 N ) (log\_2 N) (log2N)
7.  multiset可以对元素进行排序

### 2.2 multiset的使用 ###

此处只简单演示set与multiset的不同，其他接口接口与set相同，可参考set。

void testMultiset()
    {
        
    	int array[] = {
         2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 2, 1, 3, 3, 3, 7 };
    
    	// 注意：multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
    	multiset<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
    	for (auto& e : s)
    		cout << e << " ";
    	cout << endl;
    }
    
    int main()
    {
        
    	testMultiset();
    
    	return 0;
    }

结果：  
![a5a01cb5ffc441c5ad2a33eebdde8712.png][]

# 四、map和multimap #

## 1. map ##

### 1.1 map的介绍 ###

[map介绍：][map]

1.  map是关联容器，它按照特定的次序(按照key来比较)存储由键值key和值value组合而成的元素。
2.  在map中，键值key通常用于排序和惟一地标识元素，而值value中存储与此键值key关联的内容。键值key和值value的类型可能不同，并且在map的内部，key与value通过成员类型value\_type绑定在一起，为其取别名称为pair:typedef pair<const key, T> value\_type;
3.  在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
4.  map中通过键值访问单个元素的速度通常比unordered\_map容器慢，但map允许根据顺序对元素进行直接迭代(即对map中的元素进行迭代时，可以得到一个有序的序列)。
5.  map支持下标访问符，即在\[\]中放入key，就可以找到与key对应的value。
6.  map通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

### 1.2 map的使用 ###

#### 1.2.1 map的模板参数说明 ####

![d769984298e645159ec7d0eab7524c3b.png][]

*  key：键值对中key的类型
 *  T： 键值对中value的类型
 *  Compare： 比较器的类型，map中的元素是按照key来比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下(内置类型元素)该参数不需要传递，如果无法比较时(自定义类型)，需要用户自己显式传递比较规则(一般情况下按照函数指针或者仿函数来传递)
 *  Alloc：通过空间配置器来申请底层空间，不需要用户传递，除非用户不想使用标准库提供的空间配置器

#### 1.2.2 map的构造 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/map/" rel="nofollow">构造函数</a></th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>map()</td> 
   <td>构造一个空的map</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>map (first , last)</td> 
   <td>用[first, last)区间中的元素构造map</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>map (const map&amp; x)</td> 
   <td>拷贝构造</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.3 map的迭代器 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能介绍</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>begin()和end()</td> 
   <td>begin指向首元素的位置，end指向最后一个元素的下一个位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>cbegin()和cend()</td> 
   <td>与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>rbegin()和rend()</td> 
   <td>反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和 - - 操作与begin和end操作移动相反</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>crbegin()和crend()</td> 
   <td>与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</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.4 map的容量与元素访问 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能简介</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/empty/" rel="nofollow">empty ()</a></td> 
   <td>检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/size/" rel="nofollow">size()</a></td> 
   <td>返回map中有效元素的个数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/operator%5B%5D/" rel="nofollow">operator[]</a></td> 
   <td>返回去key对应的value</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/at/" rel="nofollow">at</a></td> 
   <td>返回key对应的value</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：在元素访问时，operator\[\] 和 at()函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：**当key不存在时，operator\[\]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常**。

#### 1.2.5 map中元素的修改 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数声明</th> 
   <th>功能简介</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/insert/" rel="nofollow">insert</a></td> 
   <td>在map中插入键值对x，返回值也是键值对&lt;iterator, bool&gt;，其中iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/erase/" rel="nofollow">erase</a></td> 
   <td>删除position位置上的元素；删除键值为x的元素；删除[first, last)区间中的元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/swap/" rel="nofollow">swap</a></td> 
   <td>交换两个map中的元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/clear/" rel="nofollow">clear</a></td> 
   <td>将map中的元素清空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/find/" rel="nofollow">find</a></td> 
   <td>在map寻找value为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回 end</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/map/map/count/" rel="nofollow">count</a></td> 
   <td>返回key为x的键值在map中的个数，返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.6 map举例 ####

void TestMap()
    {
        
    	map<string, string> m;
    	// 向map中插入元素的方式：
    	// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对
    	m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));
    	// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对
    	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()>构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中
    	 如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器
    	 如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器
    	 operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回
    	*/
    
    	// 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引用结果
    		m["apple"] = "苹果";
    
    	// key不存在时抛异常
    	//m.at("waterme") = "水蜜桃";
    
    	cout << m.size() << endl;
    	// 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列
    	for (auto& e : m)
    		cout << e.first << "--->" << e.second << endl;
    	cout << endl;
    	// map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败
    	auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));
    	if (ret.second)
    		cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;
    	else
    		cout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->"
    		<< ret.first->second << " 插入失败" << endl;
    	// 删除key为"apple"的元素
    	m.erase("apple");
    	if (1 == m.count("apple"))
    		cout << "apple还在" << endl;
    	else
    		cout << "apple被吃了" << endl;
    }

结果：  
![3c48fdafae60497cae5dcbcc61271386.png][]

## 2. multimap ##

### 2.1 multimap的介绍 ###

[multimap的介绍：][multimap]

1.  Multimaps是关联式容器，它按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对<key,value>，其中多个键值对之间的key是可以重复的。
2.  在multimap中，通常按照key排序和惟一地标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。key和value的类型可能不同，通过multimap内部的成员类型value\_type组合在一起，value\_type是组合key和value的键值对:typedef pair<const Key, T> value\_type;
3.  在内部，multimap中的元素总是通过其内部比较对象，按照指定的特定严格弱排序标准对key进行排序的。
4.  multimap通过key访问单个元素的速度通常比unordered\_multimap容器慢，但是使用迭代器直接遍历multimap中的元素可以得到关于key有序的序列。
5.  multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

**注意：multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中key是可以重复的。**

### 2.2 multimap的使用 ###

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。  
【注意事项】

1.  multimap中的key是可以重复的。
2.  multimap中的元素默认将key按照小于来比较
3.  multimap中没有重载operator\[ \]操作
4.  使用时与map包含的头文件相同

[set_]: https://cplusplus.com/reference/set/set/?kw=set
[1ff92a5a005c461b8ccf42ff55ac79cc.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/1ff92a5a005c461b8ccf42ff55ac79cc.png
[d436557a3b1b467dbcf73d98916f8f51.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d436557a3b1b467dbcf73d98916f8f51.png
[multiset]: https://cplusplus.com/reference/set/multiset/?kw=multiset
[a5a01cb5ffc441c5ad2a33eebdde8712.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a5a01cb5ffc441c5ad2a33eebdde8712.png
[map]: https://cplusplus.com/reference/map/map/?kw=map
[d769984298e645159ec7d0eab7524c3b.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d769984298e645159ec7d0eab7524c3b.png
[3c48fdafae60497cae5dcbcc61271386.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/3c48fdafae60497cae5dcbcc61271386.png
[multimap]: https://cplusplus.com/reference/map/multimap/?kw=multimap