关联式容器

        在之前的文章中接触过STL部分容器，例如：vector、list、deque等等，这些容器统称为序列式容器，也称为顺序容器。

        关联式容器和顺序容器有着根本的不同：关联容器中的元素是按照关键字来保存和访问的；而顺序容器中的元素是按它们在容器中的位置来顺序保存和访问的。

        关联容器是用来存储数据的，与顺序容器不同的是，其里面存储的是< key,value >结构的键值对应，在数据检索时比序列容器效率更高。

        关联式容器支持高效的关键字查找和访问。俩个主要的关联容器是map和set。map中的元素是一些关键字-值（key-value）对：关键字起到索引的作用，值则表示与索引相关联的数据；set中每一个元素只包含一个关键字，set支持高效的关键字查询操作：检查一个给定关键字是否在set中。

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包含俩个成员变量key与value，key代表键值，value代表与key对应的信息。

        SGI-STL中键值对的定义：

<code>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)

{}

};

树形结构的关联式容器

在STL库中一共提供了8中关联容器，根据应用场景的不同，又可以将其分为俩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）作为底层结果，容器中的元素是一个有序的列表。

而在STL中的8个容器间的不同体现在三个不同维度上：

或者是一个set，或者是一个map；或者要求不重复的关键字，或者允许重复关键字；按顺序保存元素，或无序保存。

按照关键字有序保存元素
map	关联数组；保存关键字-值对
set	关键字即值，即只保存关键字的容器
multimap	关键字可以重复出现的map
multiset	关键字可以重复出现的set

无序排列
unordered_map	用哈希函数组织的map
unordered_set	用哈希函数组织的set
unordered_multimap	哈希组织的map；关键字可以重复出现
unordered_multiset	哈希组织的set；关键字可以重复出现

set

set的文档介绍

【解释说明】

set是按照一定次序存储元素的容器。在set中，元素的value也标识着（value就是key、类型是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者删除它们。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。set容器通过key访问元素的速度通常比unordered_set容器慢，但它们允许根据顺序对子集进行直接迭代。set在底层是使用二叉搜索树（红黑树）实现的。

set的特殊作用是可以用于去重；其去重原理是：当值已经存在，就不进行插入。

set的使用

set的模板参数说明

在set的模板参数列表可以看到，set有三个模板参数，分别是：

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。

set的构造

set的构造

函数声明	功能介绍
explicit set (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造空的set
template <class InputIterator> set (InputIterator first, InputIterator last, const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());	同[first,lats)区间中的元素构造set
set (const set& x);	set的拷贝构造

<code>set<int> s1;

int arr[] = { 1,2,3,4,5 };

set<int> s2(arr, arr + 5);

set<int> s3(s2);

set<int> s4(s2.begin(), s2.end());

set的迭代器

iterator begin();

返回set中起始位置元素的迭代器。

const_iterator begin() const;

返回set中起始位置元素的const迭代器。

iterator end();

返回set中最后一个元素后面的迭代器。

const_iterator end() const;

返回set中最后一个元素后面的const迭代器。

reverse_iterator rbegin();

返回set第一个元素的反向迭代器，即end

const_reverse_iterator rbegin() const;

返回set第一个元素的反向const迭代器

reverse_iterator rend();

返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即begin

const_reverse_iterator rend() const;

返回set最后一个位置的const反向迭代器。

<code>int arr[] = { 1,3,4,2,5 };

set<int> s(arr, arr + 5);

set<int>::iterator it = s.begin();

while (it != s.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

set的容量

bool empty() const;

检测set是否为空，空返回true，否则返回true。

<code>int arr[] = { 1,3,4,2,5 };

set<int> s(arr, arr + 5);

if (!s.empty())

{

cout << "非空" << endl;

}

size_type size() const;

返回set中有效元素的个数。

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

cout << s.size() << endl;

set的修改操作

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

在set中插入元素x，实际插入的是< x,x >构成的键值对，如果插入成功，返回< 该元素在set中的位置，true >，如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回< x在set中的位置，false >。

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

set<int>::iterator it = s.begin();

while (it != s.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

void erase (iterator position);

删除set中position位置上的元素。

size_type erase (const value_type& val);

删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数。

void erase (iterator first, iterator last);

删除set中[first,last)区间中的元素。

<code>set<int> s1;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s1.insert(i * 10);

}

s1.erase(10);

s1.erase(15);

for (auto e : s1)

{

cout << e << " ";

}

void swap (set& x);

交换set中的元素。

<code>set<int> s1;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s1.insert(i * 10);

}

set<int> s2;

s1.swap(s2);

for (auto e : s1)

{

cout << e << " ";

}

void clear();

将set中的元素清空。

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

s.clear();

iterator find (const value_type& val) const;

返回set中值为x的元素的位置。

 【注意】set的find()函数与库中的find()函数的底层实现不同，find()属于比较查找，时间复杂度最大为O(N)，而库里面的find()属于暴力查找，时间复杂度为O(N)。

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

if (s.find(10) != s.end())

{

cout << "找到了" << endl;

}

size_type count (const value_type& val) const;

返回set中值为x的元素的个数。

 【注意】count用于判断是否存在，因为里面的数据在set里面只能为1个或者没有，如果在multiset里则会不同。

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

if (s.count(10))

{

cout << "找到了" << endl;

}

iterator lower_bound (const value_type& val) const;

将迭代器返回到下限。

  【注意】lower_bound()函数找的是大于等于该值的数据

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

set<int>::iterator itlow, itup;

itlow = s.lower_bound(30);

itup = s.upper_bound(50);

s.erase(itlow, itup);

for (auto e : s)

{

cout << e << " ";

}

iterator upper_bound (const value_type& val) const;

将迭代器返回至上限。

 【注意】upper_bound()函数找的是大于该值的数据

<code>set<int> s;

for (int i = 1; i < 10; ++i)

{

s.insert(i * 10);

}

set<int>::iterator itlow, itup;

itlow = s.lower_bound(30);

itup = s.upper_bound(50);

s.erase(itlow, itup);

for (auto e : s)

{

cout << e << " ";

}

pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const;

获得相等元素的范围。

<code>set<int>::iterator itlow, itup;

std::pair<std::set<int>::const_iterator, std::set<int>::const_iterator> ret;

ret = s.equal_range(20);

itlow = ret.first;

itup = ret.second;

s.erase(itlow, itup);

for (auto e : s)

{

cout << e << " ";

}

【总结】

与map和multimap不同，map和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。set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。set中的元素不可以重复，所以可以使用set进行去重。使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。set中的元素默认是按照小于来比较。set中查找某个元素，时间复杂度为logN。set中的元素不允许修改。set中的底层实现是使用二叉搜索树（红黑树）来实现的。

multiset

multiset的介绍

【文档说明】

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。在multiset中，元素的value也会识别自己，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元素的值不能再容器中进行修改，因为元素总是const的，但可以从容器中插入或删除。multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当时用迭代器遍历时会得到一个有序序列。multiset底层结构为二叉搜索树（红黑树）。

multiset的使用

<code>int arr[] = { 3,2,6,4,7,1,9,4,0,2,2,3,4,5,6,6,5,4 };

multiset<int> s(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));

for (auto& e : s)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

//寻找第一个3的位置

multiset<int>::iterator pos = s.find(3);

while (pos != s.end())

{

cout << *pos << " ";

++pos;

}

cout << endl;

cout << s.count(6) << endl;

pair<multiset<int>::const_iterator, multiset<int>::const_iterator> ret = s.equal_range(4);

multiset<int>::iterator itlow, itup;

itlow = ret.first;

itup = ret.second;

s.erase(itlow, itup);

for (auto& e : s)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

count和equal_range俩个函数在multiset中的使用更加有意义，equal_range寻找的范围是相等值的左闭右开。

【注意】

multiset中在底层中存储的是< value,value >的键值对。multiset的插入接口只需要插入即可。与set的区别是，multiset中的元素可以重复，在set中的元素是唯一的。使用迭代器对multiset中的元素访问进行遍历，可以得到有序的序列。multiset中的元素不能修改。在multiset中查找某个元素，时间复杂度为logN。multiset的作用：可以对元素进行排序。

map

map的文档介绍

【解释说明】：

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。在map中，键值key通常用于排序和唯一的标识元素，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，可以与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair。

在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。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）。map支持下标访问符，即在[ ]中放入key，就可以找到key对应的value。map通常被实现为二叉搜索树，更加准确的将：平衡二叉搜索树（红黑树）。

map的使用

map的模板参数说明

map中一共存在四个模板参数，分别为：

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进行比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下内置类型元素不需要传递，如果自定义类型无法比较时，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。

【注意】在使用map时，需要包含头文件。

map的构造

explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());

构造一个空的map

<code>map<string, int> dict;

map的迭代器

begin()与end()

begin首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置。

rbegin()和rend()

反向迭代器，rbegin在end的位置，rend在begin的位置，其++和- -操作与begin和end操作移动相反。

<code>map<string, string>::iterator it = dict.begin();

while (it != dict.end())

{

cout << it->first << ":" << it->second << endl;

++it;

}

cout << endl;

map的容量与元素访问

bool empty() const;

检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false。

size_type size() const;

返回map中的有序元素的个数。

mapped_type& operator[] (const key_type& k);

返回key对应的value。

<code>map<string, string> dict;

dict["sort"];//插入

dict["map"] = "地图";//插入修改

dict["map"] = "映射";//修改

 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。

【注意】在元素访问的时候，有一个与operator[ ]类似的操作at()，该函数不经常使用，俩个函数都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，但是不同点是：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，而at()函数直接抛异常。

map的修改操作

pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);

在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表是否插入成功。

<code>//查找高频单词

map<string, string> dict;

pair<string, string> kv1("insert", "插入");

dict.insert(kv1);

dict.insert(pair<string, string>("string", "字符串"));

//C++98

dict.insert(make_pair("sort", "排序"));

//C++11

dict.insert({ "data","数据" });

 C++11中支持多参数的构造函数隐式类型转换。pair是一个类模板。

void erase (iterator position);

删除position位置上的元素。

size_type erase (const key_type& k);

删除键值为x的元素。

void erase (iterator first, iterator last);

删除[first,last)区间中的元素。

void swap (map& x);

交换俩个map中的元素。

void clear();

将map中的元素清空。

iterator find (const key_type& k);

在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end。

const_iterator find (const key_type& k) const;

在map中国插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回rend。

size_type count (const key_type& k) const;

返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key唯一的，因此该函数的返回值要么为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。

iterator lower_bound (const key_type& k);

const_iterator lower_bound (const key_type& k) const;

返回迭代器的下限。

iterator upper_bound (const key_type& k);

const_iterator upper_bound (const key_type& k) const;

返回迭代器的上限。

获取相等元素的范围。

【总结】

map中的元素是键值对。map中key是唯一的，并且不能修改。默认按照小于的方式对key进行比较。map中的元素如果用迭代器去遍历，可以得到一个有序的序列。map的底层为平衡搜索树（红黑叔），查找效率比较高logN。支持[ ]操作符，operator[ ]中实际进行插入查找。

multimap

multimap的介绍

【文档说明】

multimap是关联式容器，按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对< key,value >，其中多个键值对直接的key是可以重复的。

在multimap中，通常按照key排序和唯一的标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。

key与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。

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继续排序。

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。

multimap在底层用二叉搜索树（红黑树）实现的。

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

multimap的使用

【注意】

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