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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)
{}
};
set的介绍
- 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。
- 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。
- set在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。
简单概括一点，set可以用来去重和排序。 注意：
- 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。
- 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(因此可以使用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中的元素默认按照小于来比较
- set中查找某个元素，时间复杂度为：
- set中的元素不允许修改
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
set的使用
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
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
具体使用方法如下代码所示：
int main()
{
//构造空的set
set<int> s1;
//用[first, last)区间中的元素构造 set
vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
set<int> s2(v.begin(), v.end());
//set的拷贝构造
set<int> s3(s2);
return 0;
}
set的迭代器
函数声明 功能介绍 terator 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begin 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cbegin
迭代器的使用与string，vector等迭代器类似，不多解释使用方式。
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
int main()
{
// 去重+排序
set<int> s;
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(7);
s.insert(4);
s.insert(9);
s.insert(9);
s.insert(9);
s.insert(1);
s.insert(5);
s.insert(9);
//遍历s
//set<int>::iterator it = s.begin();
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
cout << *it << " ";
++it;
//1 2 4 5 7 9
cout << endl;
for (auto e : s)
cout << e << " ";
//1 2 4 5 7 9
cout << endl;
return 0;
}注意set不建议使用范围for，原因是每次赋值给e都是深拷贝，每次都要开空间，效率不高。虽然说范围for底层结合了迭代器，但是增加了一步赋值，这里的赋值是深拷贝。
注意一下set中find接口的使用，他的返回值为一个迭代器，找得到就返回他的迭代器，找不到返回end迭代器，具体使用方法如下：
int main()
{
//隐式类型转换，容器{ } 来进行初始化
set<int> s = { 9, 2, 5, 4, 1,7 };
//注意：这里把数据存进去之后就是升序了
// 删除最小值
s.erase(s.begin());
int x;
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
if (pos != s.end())
s.erase(pos);
else
cout << x << "不存在！" << endl;
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}
另外我们algorithm头文件中也有一个find函数，这个find函数对于二叉树这样的结构中的find有什么区别呢？这是algorithm头文件中的find底层代码，可以看到它是通过暴力查找实现的。
由此可见，algorithm头文件中的find函数没有遵循二叉搜素树的性质，而是每个节点依次查找，这样大大提高了时间复杂度。两个find函数的时间复杂度相差很大。
auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x); // O(N)
auto pos2 = s.find(x); // O(logN)set还有一个接口也能完成find的功能，它就是count，它与find唯一不同是返回值，如果该元素存在，那么返回值为1，不存在则返回0 ，时间复杂度同样也是
此外lower_bound 和 upper_bound接口可以看我的这篇博客：lower_bound 和 upper_bound ，里面解释了它的用法，简单来说就是查找一个范围，多用于二分查找的边界情况。
multiset的介绍
set头文件中包括两个类，multiset是另外一个类
- 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。
- 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。
- 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。
- multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。
简单来说它与set的唯一区别是不能去重，注意：
- multiset中再底层中存储的是的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的
- 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列
- multiset中的元素不能修改
- 在multiset中找某个元素，时间复杂度为
- multiset的作用：可以对元素进行排序
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。
int main()
{
// 排序
multiset<int> s;
s.insert(5);
s.insert(2);
s.insert(7);
s.insert(4);
s.insert(9);
s.insert(9);
s.insert(9);
s.insert(1);
s.insert(5);
s.insert(9);
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
//1 2 4 5 5 7 9 9 9 9
cout << endl;
return 0;
}通过输出内容我们可以看到，multiset不会对相同数据进行去重操作.
此外，multiset删除和查找也与set有所不同，具体表现在如果查找的值有多个时，返回的是中序第一个相同的值，并且使用删除时，如果删除值存在多个，那么全部删除，这是由于multiset的底层引起的。
图中相同的值可能不会一直连接在树的右边，有可能发生旋转链接成一个完整的二叉树（左右子树都存在）
int main()
{
// 排序
multiset<int> s = { 1,2,4,5,5,7,9,9,9 };
int x; cin >> x;
auto pos = s.find(x);
// 查找所有为x的值
while (pos != s.end() && *pos == x)
{
cout << *pos << " ";
++pos;
}
cout << endl;
//输出等于x的个数
cout << s.count(x) << endl;
// 删除所有为x的值
s.erase(x);
for (auto e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}map的介绍
- 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;
- 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，就可以找到与key对应的value。
- map通常被实现为平衡二叉搜索树(红黑树)。
map的使用
map的模板参数说明
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。
map的构造
具体使用方法如下代码所示：
int main()
{
//构造一个空的map
map<string, string> dict;
//插入有名对象
pair<string, string> kv1("left", "左边");
dict.insert(kv1);
//插入匿名对象
dict.insert(pair<string, string>("right", "右边"));
//函数模板
dict.insert(make_pair("insert", "插入"));
//单参数隐式类型转换
//pair<string, string> kv2 = {"string","字符串" };
dict.insert({ "string", "字符串" });
//多参数隐式类型转换
map<string, string> dict = { {"left", "左边"}, {"right", "右边"},{"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
return 0;
}
注意这里的make_pair是一个<utility>头文件中的函数模板，它可以自己识别类型，并实例化
其底层实现就是返回一个pair 的键值对。
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
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
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
先看我们用迭代器来遍历打印map中的所有元素：
int main()
{
map<string, string> dict = { {"left", "左边"},
{"right", "右边"},{"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
//it.operator->()->first
++it;
}
//注意这里的map默认是按照first的字典序排序的
//insert:插入 left : 左边 right : 右边 string : 字符串
cout << endl;
for (const auto& e : dict)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//C++17后这样输出也是可以的
/*for (auto& [x, y] : dict)
{
cout << x << ":" << y << endl;
}
cout << endl;*/
return 0;
}此处的it迭代器可以理解为像指针一样的东西，解引用后是该地址的节点，这里的节点类型是pair，pair可以用first和second访问第一第二个值。
而这里的->重载了->；实际为t.operator->()->first，先调用重载的箭头返回一个指针，再用指针访问里面的内容，为了可读性省略了一个->，所以也是可以成功访问的。
再继续看map的find使用样例：
int main()
{
map<string, string> dict = { {"left", "左边"},
{"right", "右边"},{"insert", "插入"},{ "string", "字符串" } };
string str;
while (cin >> str)
{
auto ret = dict.find(str);
if (ret != dict.end())
{
cout << "->" << ret->second << endl;
}
else
{
cout << "无此单词，请重新输入" << endl;
}
}
return 0;
}此处ret收到的是一个迭代器，如果找到了那就返回当前元素的迭代器，如果没找到就返回end迭代器。
int main()
{
string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
map<string, int> countTree;
for (const auto& str : arr)
{
// 先查找水果在不在搜索树中
// 1、不在，说明水果第一次出现，则插入<水果, 1>
// 2、在，则查找到的节点中水果对应的次数++
auto ret = countTree.find(str);
if (ret == countTree.end())
{
countTree.insert({ str, 1 });
}
else
{
//两者等价
//ret->second++;
countTree[str]++;
}
}
return 0;
}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。
以下是关于operator[]的灵活运用：
int main()
{
map<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
// 插入 <"left", ""> + 修改second
dict["left"] = "左边";
// 修改
dict["left"] = "左边、剩余";
// key不存在->插入 <"insert", "">
dict["insert"];
// key存在->查找
cout << dict["left"] << endl;
return 0;
}总结：
- map中的的元素是键值对
- map中的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(红黑树)，查找效率比较高，时间复杂度为
- 支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。
multimap的介绍
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：multimap中没有重载operator[]操作，原因是key存在重复，如果重载[]，那么编译器无法确定访问的是哪一个。
int main()
{
multimap<string, string> dict;
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
dict.insert(make_pair("sort", "xxxx"));
dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
return 0;
}