STL map、set、multi_map、multi_set 基本概念与用法

cnblogs 2024-08-24 08:09:32 阅读 87

目录

    <li>基本概念
    • 关联式容器
    • 键值对
    • 树形结构的关联式容器
  • set
    • 描述
    • set的使用
  • map
    • 描述
    • map的使用
  • multiset
    • 描述
    • multiset简单使用
  • multimap
    • 描述
  • 底层结构

基本概念

关联式容器

在初阶阶段,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。那什么是关联式容器?它与序列式容器有什么区别?

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。

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。

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)

{}

};

树形结构的关联式容器

根据应用场景的不桶,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。下面一依次介绍每一

个容器。

set

描述

set文档

翻译

  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:

  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:$log_2 n$
  7. set中的元素不允许修改(为什么?)
  8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

set的使用

模板参数列表

image-20240820182841841

参数:

key_type Key
value_type Key
key_compare Compare
value_compare Compare

set中只有key,所以value_type也是key;同理value_compare等于key_compare

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

基本构造函数

函数声明 功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() ); 构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator&= Allocator() ); 用[first, last)区间中的元素构造 set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x); set的拷贝构造
...

set的迭代器

函数声明 功能介绍
iterator begin() 返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end() 返回set中最后一个元素后面的迭代器
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
reverse_iterator rend() 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器,即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const 返回set第一个元素的反向const迭代器,即cend
const_reverse_iterator crend() const 返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器,即crbegin

set支持正向迭代器与反向迭代器

set的容量

函数声明 功能介绍
bool empty ( ) const 检测set是否为空,空返回true,否则返回true
size_type size() const 返回set中有效元素的个数

set的常规操作

函数声明 功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x ) 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>
void erase ( iterator position ) 删除set中position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x ) 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
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& s ); 交换两个set中的元素
void clear ( ) 将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const 返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const 返回set中值为x的元素的个数(set.count()只等于0或1)

map

map文档

描述

翻译:

    <li>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。
  1. 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;

  2. 在内部,map中的元素总是按照键值key进行比较排序的。
  3. 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)。
  4. 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。
  5. 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))。

map的使用

模板参数列表

image-20240820212232400

key 键值对中key的类型
T 键值对中value的类型
Compare: 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

构造函数

image-20240820212643432

迭代器

函数声明 功能介绍
begin()和end() begin:首元素的位置,end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend() 与begin和end意义相同,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--操作与begin和end操作移动相反
crbegin()和crend() 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

map的容量与元素访问

函数声明 功能介绍
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中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (const key_type& k) 返回去key对应的value,不存在则默认构造后插入
mapped_type& at (const key_type& k); 返回去key对应的value,不存在则抛异常

在元素访问时,有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)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()函数则是直接抛异常。

map中元素的操作

函数声明 功能介绍
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x ) 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代表释放插入成功
void erase ( iterator position ) 删除position位置上的元素
size_type erase ( const key_type& x ) 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<Key,T,Compare,Allocator>& mp ) 交换两个map中的元素
void clear ( ) 将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) 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& x ) const 在map中插入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cend
size_type count ( const key_type& x ) const 返回key为x的键值在map中的个数,注意map中key是唯一的,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

当key已存在时,insert插入失败

[] 支持 查找,插入,修改

【总结】

    <li>map中的的元素是键值对
  1. map中的key是唯一的,并且不能修改
  2. 默认按照小于的方式对key进行比较
  3. 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
  4. map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高$O(log_2 N)$
  5. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

multiset

描述

multiset文档

[翻译]:

  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)。

补充:

  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$O(log_2 N)$
  7. multiset的作用:可以对元素进行排序

multiset简单使用

#include <set>

void TestSet()

{

int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 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;

return 0;

}

【注意】

multiset中的find,规定找中序的第一个

multimap

描述

multimap文档

翻译:

  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。

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。

multimap中的接口可以参考map,功能都是类似的。

注意:

  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,(因为key-value不再是唯一)
  4. 使用时与map包含的头文件相同:

底层结构

map/multimap/set/multiset这几个容器有个共同点是:其底层都是按照二叉搜索树来实现的,但是二叉搜索树有其自身的缺陷,假如往树中插入的元素有序或者接近有序,二叉搜索树就会退化成单支树,时间复杂度会退化成O(N),因此map、set等关联式容器的底层结构是对二叉树进行了平衡处理,即采用平衡树来实现。



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