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「C/C++」C++ STL容器库之 std::map 键值对的集合容器

news 2024/10/23 17:40:08

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std::map容器深度解析

1. 引用头文件

在C++标准模板库（STL）中，std::map是一个重要的关联容器，它提供了基于键（key）的快速查找、插入和删除操作，同时保证元素按键排序。要使用std::map，首先需要包含其对应的头文件：

#include <map>

2. 注意事项

键唯一性：std::map中的键是唯一的，不允许重复。
自动排序：元素会根据提供的比较函数（默认为<运算符）对键进行排序。
键值对存储：std::map存储的是键值对（key-value pairs），每个键都映射到一个值。
不支持随机访问：由于底层实现为红黑树，std::map不支持通过下标访问元素。

3. 函数构造与对象初始化

std::map提供了多种构造函数来初始化对象：

默认构造函数：创建一个空的map容器。
拷贝构造函数：用另一个map容器来初始化新的map容器。
赋值构造函数：通过赋值运算符从一个map容器创建另一个map容器。
初始化列表构造函数：使用初始化列表来初始化map容器。
迭代器范围构造函数：使用两个迭代器（指向容器或其他序列的起始和结束位置）来初始化map容器。

示例代码：

#include <map>
#include <iostream>
#include <string>int main() {// 默认构造函数std::map<std::string, int> m1;// 初始化列表构造函数std::map<std::string, int> m2 = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"cherry", 3}};// 拷贝构造函数std::map<std::string, int> m3(m2);// 迭代器范围构造函数（假设有一个数组）// 注意：这里不适用数组，因为map是键值对，所以通常使用其他容器或初始化列表// 但为了演示，我们仍然可以用一个pair数组来初始化std::pair<std::string, int> arr[] = {{"date", 4}, {"elderberry", 5}, {"fig", 6}};std::map<std::string, int> m4(arr, arr + 3);// 输出map元素（自动按键排序）for (const auto& kv : m4) {std::cout << kv.first << ": " << kv.second << std::endl;}return 0;
}

4. 元素访问

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std::map提供了多种方式来访问元素：

at：通过键访问元素，如果键不存在则抛出std::out_of_range异常。
operator[]：通过键访问元素，如果键不存在则插入一个具有该键的新元素，并返回其值的引用。
find：查找具有指定键的元素，并返回一个指向该元素的迭代器（如果找到）或end()迭代器（如果未找到）。

示例代码：

#include <map>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::map<std::string, int> m = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"cherry", 3}};// 使用at访问元素try {std::cout << "Banana count: " << m.at("banana") << std::endl;} catch (const std::out_of_range& e) {std::cerr << "Key not found: " << e.what() << std::endl;}// 使用operator[]访问元素（如果键不存在则插入）m["date"] = 4;std::cout << "Date count: " << m["date"] << std::endl;// 使用find查找元素auto it = m.find("cherry");if (it != m.end()) {std::cout << "Cherry count: " << it->second << std::endl;} else {std::cout << "Cherry not found in the map." << std::endl;}return 0;
}

5. 迭代器

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std::map的迭代器是双向迭代器，支持向前和向后遍历容器中的元素。迭代器指向的是键值对（std::pair<const Key, T>），其中Key是键的类型，T是值的类型。由于std::map的迭代器与底层红黑树结构相关联，因此在插入和删除操作时（除了被删除的迭代器外），其余迭代器仍然有效。

#include <iostream>  
#include <map>  
#include <string>  int main() {  std::map<std::string, int> myMap = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"cherry", 3}};  // 范围for循环（range-based for loop）for (const auto& pair : myMap) {  std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;  }  // 迭代器遍历for (auto it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {  std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;  }  // 反向迭代器遍历for (auto it = myMap.rbegin(); it != myMap.rend(); ++it) {  std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;  }  return 0;  
}

6. 容器修改器

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std::map提供了多种成员函数来修改容器：

insert：插入键值对（如果键已存在，则插入失败，除非使用带有提示的插入方法）。
erase：删除具有指定键的元素。
clear：清除所有元素。
swap：交换两个map容器的元素。

示例代码：

#include <map>
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::map<std::string, int> m = {{"apple", 1}, {"banana", 2}, {"cherry", 3}};// 插入元素auto result = m.insert({"date", 4});if (result.second) {std::cout << "Inserted date successfully." << std::endl;} else {std::cout << "Date already exists in the map." << std::endl;}// 删除元素m.erase("banana");// 清除所有元素// m.clear();// 输出修改后的map元素for (const auto& kv : m) {std::cout << kv.first << ": " << kv.second << std::endl;}return 0;
}