C++进阶：关联式容器

Posted 2021-08-29 银背欧尼酱

文章目录

• 前言
• 一，关联式容器
• • 1.键值对
  • 2. 关联式容器
• 二，树形结构的关联式容器
• • 2.1 set
  • • 2.1.1 set的使用案例
  • 2.2 map
  • • 2.2.1 map的使用案例
  • 2.3 multiset
  • • 2.3.1 multiset的使用
  • 2.4 multimap
  • • 2.4.1 multimap的介绍
    • 2.4.2 multimap的使用
• 总结

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前言

今天介绍几种关联式容器，这几种关联式容器在C++中很常用，且很相似，同学们要仔细分辨。

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一，关联式容器

1.键值对

键值对是用来表示具有一一对应的关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量key和value,key代表键值。

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)
     {}
};

K模型：K模型即只有key作为关键码，结构中只需要存储key即可，关键码即为需要搜索到的值。

KV模型：每一个关键码key，都有与之对应的值value，即<key,Value>的键值对。

2. 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。

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。

二，树形结构的关联式容器

树型结构的关联式容器主要有四种：map , set , multimap , multiset

2.1 set

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，类型是T），并且每一个value必须是唯一的。set的元素不能在容器中修改，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（无序）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实现的。

注意：

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：log2N

7.set中的元素不允许修改

8.set中的底层使用二叉搜索树（红黑树）来实现。

2.1.1 set的使用案例

#include <set>
void TestSet()
{
     // 用数组array中的元素构造set
     int 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; 
 }

2.2 map

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 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））。

2.2.1 map的使用案例

#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：

1.map中的元素是键值对

2.map中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），查找效率为O（log2N）

6.支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

2.3 multiset

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中再底层中存储的是<value,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（log2N）

7.multiset的作用：可以对元素进行排序

2.3.1 multiset的使用

#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; 
 }

2.4 multimap

2.4.1 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<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;

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。

2.4.2 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。

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

总结

以上就是本篇文章内容，希望同学们有所收获。