C++ Primer 0x0B 学习笔记

Posted 2022-02-08 鱼竿钓鱼干

📔 C++ Primer 0x0B 学习笔记

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• 关联容器支持高效的关键字查找和访问，map和set是两个主要的关联容器

• 标准库提供8个关联容器

  • 按关键字有序保存元素

    • map：关联数组，保存关键字-值对
    • set：关键字即值，即值保存关键字的容器，底层实现是红黑树
    • multimap：关键字可重复出现的map
    • multiset :关键字可重复出现的set

  • 无序集合

    • unordered_map：用哈希函数组织的map

    • unordered_set：用哈希函数组织的set

    • unordered_multimap：哈希组织的map ，关键字可重复出现

    • unordered_multiset：哈希组织的set，关键字可重复出现

11.1 使用关联容器

• 类似顺序容器，关联容器也是模板，使用的时候要明确关键字和值的类型
• set可以去重
• 可以对关联容器的元素进行列表初始化

11.2 关联容器概述

• 关联容器不支持顺序容器的位置相关的操作如push_front或push_back
• 关联容器的迭代器都是双向的

11.2.1 定义关联容器

• 定义一个map，必须既指明关键字类型又指明值类型
• 定义一个set，只需指明关键字类型，因为set中没有值
• 每个关联容器都定义了一个默认构造函数，创建一个指定类型的空容器
• 关联容器初始化：同类型容器的拷贝，一个值范围，初始化列表

11.2.2 关键字类型的要求

• 有序容器要求所提供的操作必须在关键字类型上定义一个严格弱序（可以自己定义）list迭代器不支持比较运算
• 为了使用自定义的操作，必须在定义关联容器类型时提供此操作的类型

11.2.3 pair 类型

• pair类型保存两个数据成员(first和second)，类似容器。定义在头文件utility中
• pair的默认构造函数对数据进行值初始化
• 函数要返回一个pair可以对返回值进行列表初始化return fisrt,second，早期C++不允许
• 可以使用make_pair来产生pair对象

11.3 关联容器操作

关联容器定义了几个类型别名

• key_type此容器类型的关键字类型
• mapped_type每个关键字关联的类型，只适用于map
• value_type对于set和key_value相同，对于map为pair<const key_type,mapped_type>

11.3.1 关联容器迭代器

• 当解引用一个关联容器迭代器，我们会得到一个类型为容器的value_type 的值的引用
• 对于map而言，value_type是一个pair类型，first保存const的关键字，second保存值。我们可以改变pair的值，但不能改变关键字成员的值
• set的迭代器是const的，可以用一个set迭代器来读取元素的值，但不能修改
• 当使用一个迭代器遍历一个map、multimap、set或multiset时，迭代器按关键字升序遍历元素
• 我们通常不对关联容器使用泛型算法，关键字是const这一特性意味着不能将关联容器传递给修改或重排容器元素的算法；关联容器可用于只读取元素的算法，但是这类算法很多都要搜索序列，关联容器不支持通过它们的关键字进行快速查找，所以也没什么用。
• 使用关联容器专用的find成员会比调用泛型算法的find快得多
• 实际编程中，我们对一个关联容器使用算法要么是将它当作源序列，要么当作一个目的位置，可以使用泛型算法的copy将元素从一个关联容器拷贝到另一个序列

11.3.2 添加元素

• 由于map和set（以及对应的无序类型）包含不重复的关键字，因此插入一个已存在的元素对容器没有任何影响
• 向一个map进行insert操作时，必须记住元素是pair
• insert或emplace的返回值依赖于容器类型和参数，对于不包含重复关键字的容器，添加单一元素的insert和emplace返回一个pair告诉我们插入是否成功，first成员是一个迭代器指向具有给定关键字的元素，second成员是个bool值，告诉我们插入成功还是已经在容器中了。如果是可重复类型的只返回一个迭代器

11.3.3 删除元素

关联容器提供三个版本的erase

• c.erase(k),从c中删除每个关键字为k的元素，返回一个size_type值，指出删除的元素数量，这个是顺序容器没有的
• c.erase(),从c中删除迭代器p指定的元素，p必须指向一个真实元素不能是c.end(),返回一个指向p之后元素的迭代器
• c.erase(b,e)，删除迭代器对表示的范围中的元素，返回e

11.3.4 map的下标操作

• set，multimap，unordered_multimap类型不支持下标
• 对一个map使用下标操作，其行为与数组或vecotr上的下标操作很不相同，使用一个不在容器中的关键字作为下标，会添加一个具有此关键字的元素到map中
• c[k]返回关键字为k的元素，如果k不在c中则添加一个关键字为k的元素，对其值进行值初始化
• c.at(k)访问关键字为k的元素，带参数检查，如果k不再c中，跑出一个out_of_range异常
• 对map进行下标操作会得到一个mapped_type对象，解引用map迭代器时，会得到一个value_type对象，这与vector、string是不同的
• map的下标运算符返回的是一个左值，我们既可以读也可以写元素

11.3.5 访问元素

• lower_bound和upper_bound不适用于无序容器

• 下标和at操作适用于非const的map和unordered_map

• c.find(k)返回一个迭代器，指向关键字为k的元素，如果k不在容器中，则返回尾后迭代器

• c.count(k)返回关键字等于k的元素数量，对于不允许重复关键字的容器，返回值永远是0或1

• c.lower_bound(k)返回一个迭代器，指向第一个关键字不小于k的元素，如果关键字不在容器中，则lower_bound会返回关键字的第一个安全插入点（不影响容器中元素顺序的插入位置）

• c.upper_bound(k)返回一个迭代器，指向第一个关键字大于k的元素

• c.equal_range(k)返回一个迭代器pair表示关键字等于k的元素范围，若k不存在，pair的两成员均等于c.end()（两个关键字都指向可以插入的位置）

• 对map使用find代替下标操作

• 如果multimap或multiset中有多个元素具有给定关键字，则这些关键字会在容器中相邻存储find(k)返回一个迭代器指向第一个关键字为k的元素

• 可以通过lower_bound和upper_bound，获得一对迭代器对形成的范围，表示具有该关键字的元素的范围，如果没有与给定关键字匹配的元素，lower_bound和upper_bound返回相同的迭代器

11.4 无序容器

• 无需关联容器不使用比较运算符来组织元素，而是使用一个哈希函数和关键字类型的==运算符
• 如果关键字类型固有就是无序的，或者性能测试发现问题可以用哈希技术解决，就可以使用无序容器
• 无序容器的性能依赖于哈希函数的质量和桶的数量和大小
• 标准库为内置类型提供了hash模板，还为一些标准库类型如string、智能指针类型定义了hash，所以我们可以直接定义关键字是内置类型（包括指针）、string、智能指针类型的无序容器
• 不能直接定义关键字类型为自定义类型的无序容器，必须提供我们自己的hash模板版本。为了使用自定义类型作为关键字，我们可以采用另一种方法：提供函数来替代==运算符和哈希值计算函数