【C++进阶】map和set( 万字详解)—— 上篇

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Monkey测试

💐 1. 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?

脚本

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

结构重参数化


💐 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,即通过该应
该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义。

树结构

  • 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。

外观模式

🌹 3.1 set

🌷 3.1.1 set的介绍

set的文档介绍

云原生

  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:

智慧城市

  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:

    l

    o

    g

    2

    n

    log_2 n

    log2n

  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。

关于set元素的不可直接更改 set的元素类型和比较函数(或者函数对象)是可以配置的,但是一旦配置就不能更改。 set的元素类型不可更改是很自然的,这本就是模板的天然含义。 set的比较函数虽然可以得到,但是得到的是copy,不是引用或者指针,所以不能修改(修改比较函数对象的参数)。

樱花树


🌷 3.1.2 set的使用

  1. set的模板参数列表

在这里插入图片描述

wxfile转成base64

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

ERC 1155

  1. 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 (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
  1. 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
  1. 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
  1. set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>& 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
  1. set的使用举例
int main()
{
	set<int> s;
	//插入元素(自动去重)
	s.insert(1);
	s.insert(4);
	s.insert(3);
	s.insert(3);
	s.insert(2);
	s.insert(2);
	s.insert(3);
	//遍历容器
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//查找元素
	set<int>::iterator pos = s.find(3);
	//删除元素
	s.erase(pos);// 删除元素3
	s.erase(4);
	//容器大小
	cout << s.size() << endl;
	//清空容器
	s.clear();
	//容器判空
	cout << s.empty() << endl;
	//交换两个容器的数据
	set<int> tmp{ 10, 20, 30, 40 };
	s.swap(tmp);
	//容器中值为2的元素个数
	cout << s.count(2) << endl;

	cout << endl;
}


🌹3.2 map

🌷3.2.1 map的介绍

map的文档介绍

解包boot

  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))。

🌷3.2.2 map的使用

  1. map的模板参数说明

在这里插入图片描述

开发工具

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。

小车跟踪

  1. map的构造
函数声明 功能介绍
map() 构造一个空的map
  1. 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
  1. map的容量与元素访问
函数声明 功能简介
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

问题:当key不在map中时,通过operator获取对应value时会发生什么问题?

openlayers

在这里插入图片描述

MMCM

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。

mysql 事务总结

  1. 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
  1. map的使用举例
#include <string>
#include <map>
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;
}

【总结】

链接汇总

  1. map中的的元素是键值对
  2. map中的key是唯一的,并且不能修改
  3. 默认按照小于的方式对key进行比较
  4. 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
  5. map的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高

    O

    (

    l

    o

    g

    2

    N

    )

    O(log_2 N)

    O(log2N)

  6. 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。

🌹3.3 multiset

🌷3.3.1 multiset的介绍

multiset的文档介绍

rockchip

  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:

欧洲杯

  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

    )

    O(log_2 N)

    O(log2N)

  7. multiset的作用:可以对元素进行排序

🌷3.3.2 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。

Systrace

#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;
}

在这里插入图片描述

面试题


🌹3.4 multimap

🌷 3.4.1 multimap的介绍

multimap文档介绍

  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<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;
  1. 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。
  2. 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。
  3. multimap在底层用二叉搜索树(红黑树)来实现。

🌷3.4.2 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(同学们可思考下为什么?)。
  4. 使用时与map包含的头文件相同:

🌹 3.5 在OJ中的使用

🌷前K个高频单词

前K个高频单词

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  • 解题思路

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  • 代码演示
class Solution {
public:
    vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
        //统计次数
        map<string,int> CountMap;
        for(auto& e : words)
            CountMap[e]++;
        //排序
        multimap<int,string,greater<int>> sortMap;
        for(auto &kv : CountMap)
            sortMap.insert(make_pair(kv.second,kv.first));

        vector<string> v;
        multimap<int,string,greater<int>> :: iterator it = sortMap.begin();
        for(size_t i = 0;i < k;i++)
        {
            v.push_back(it -> second);
            ++it;
        }
        return v;
    }
};

🌷 两个数的交集

两个数的交集

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  • 解题思路

创建两个指针,相等就是子集,不等就小的++。

在这里插入图片描述

  • 代码演示
class Solution {
public:
    vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
        set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
        set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());

        auto it1 = s1.begin();
        auto it2 = s2.begin();

        vector<int> v;

        while(it1 != s1.end() && it2 != s2.end())
        {
            if(*it1 < *it2)
                ++it1;
            else if(*it2 < *it1)
                ++it2;
            else
            {
                v.push_back(*it1);
                ++it1;
                ++it2;
            }
        }
        return v;
    }
};

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