C++map,set,multiset,multimap详细介绍
目录
1. 关联式容器
2. 键值对
3. 树形结构的关联式容器
3.1 set
set的介绍
set的使用
1. set的模板参数列表
2. set的构造
3. set的迭代器
4. set的容量
5. set的修改操作
6. set的使用举例
3.2 map
map的介绍
map的使用
1. map的模板参数声明
2. map的构造
3. map的迭代器
4. map的容量与元素访问
5. map中元素的修改
6. map的使用举例
3.3 multiset
multiset的介绍
multiset的使用
3.4 multimap
multimap的介绍
multimap的使用
1. 关联式容器
在C++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？
关联式容器是STL中的一类容器，用于存储键值对（key - value pairs）。主要包括 set、map、multiset 和 multimap。与序列式容器（如 vector、list 等）不同，关联式容器的元素是以键（key）来索引的，而不是通过元素的顺序。
主要区别：
存储方式：序列式容器按顺序存储元素，关联式容器按键值对存储，允许快速查找。
访问方式：序列式容器通过索引访问元素，关联式容器通过键访问对应的值。
性能：关联式容器通常提供对元素的快速查找、插入和删除操作，时间复杂度一般为对数级（O(log n)），而序列式容器的某些操作可能是线性级（O(n)）。
关联式容器在处理需要快速查找的场景时非常有用。
2. 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)
{}
};
3. 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。下面一依次介绍每一 个容器。
3.1 set
set的介绍
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，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(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 中的元素不允许修改是因为 set 是基于键的唯一性和排序特性来管理元素的。如果允许修改元素，会导致以下问题：
唯一性破坏：修改后的元素可能会与其他元素重复，从而破坏 set 的唯一性。
排序不一致：set 中的元素是自动排序的，修改元素会影响其在容器中的位置，可能导致内部结构不一致。
因此，为了维护这些特性，set 中的元素必须是不可修改的
参考:set - C++ Reference
set的使用
1. set的模板参数列表
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
2. set的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| set(const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator()); | 构造空的set |
| set(Inputlterator first, Inputlterator 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 |
3. set的迭代器
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| iterator end() | 返回set最后一个元素后面的迭代器 |
| iterator begin() | 返回set中其实位置元素的迭代器 |
| 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的迭代器 |
| 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 |
4. 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,否侧返回false |
| size_type size() const | 返回set中有效元素的个数 |
5. set的修改操作
| 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,返回删除的元素个数 |
| void erase(iterator first, iterator lase) | 删除set中[first, last)区间中的元素 |
| void swap(set<Key_Compare, Allocator>& st); | 交换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 |
6. set的使用举例
#include <iostream>
#include <set>using namespace std;void TestSet()
{// 用数组array中的元素构造setint array[] = { 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0, 1, 3, 5, 7, 9, 2, 4, 6, 8, 0 };set<int> s(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));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;
}
3.2 map
map的介绍
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通常用于排序和唯一地标识元素，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))。
参考:map - C++ Reference
map的使用
1. map的模板参数声明
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
注意：在使用map时，需要包含头文件
2. map的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
|---|---|
| map() | 构造一个空的map |
3. map的迭代器
| 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 |
4. 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,否侧返回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 |
注意：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()函数直接抛异常。
5. map中元素的修改
| 函数声明 | 功能简介 |
|---|---|
| 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代表新插入的元素的位置,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,Allpcator& mp>) | 交换两个元素 |
| void clear() | 将map中的元素清空 |
| iterator find(const key_type& x) | 在map中查找key为x的元素,找到返回该元素的位置的迭代器,否侧返回end |
| const_iterator find(const key_type& x)const | 在map中查找key为x的元素,找到返回该元素的位置的const迭代器,否侧返回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 |
6. map的使用举例
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>using namespace std;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;elsecout << "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;elsecout << "apple被吃了" << endl;
}int main()
{TestMap();return 0;
}
3.3 multiset
multiset的介绍
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：
1. multiset中在底层中存储的是<key, value>的键值对
2. multiset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: logN
7. multiset的作用：可以对元素进行排序
参考:multiset - C++ Reference
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
#include <iostream>
#include <set>using namespace std;void TestSet()
{int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7, 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;
}int main()
{TestSet();return 0;
}
3.4 multimap
multimap的介绍
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，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。
参考: multimap - C++ Reference
multimap的使用
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
4. 使用时与map包含的头文件相同：