STL—set和map使用及源码剖析

Posted 2022-12-10 _Karry

文章目录

• 容器rb_tree
• 容器set和multiset
• • 概述
  • 使用
  • 源码剖析
• 容器map和multimap
• • 概述
  • 使用
  • 源码剖析

容器rb_tree

容器rb_tree封装了红黑树,是有序容器,提供了迭代器iterator用以遍历,但不应使用iterator直接改变元素值(虽然编程层面并没有禁止这样做)

rb_tree提供两种插入操作:insert_unique和insert_equal
前者表示节点的key一定在整棵树中独一无二,否则插入失败;
后者表示节点的key可重复

对于rb_tree,定义一个概念:节点的value包括其key和data,这里的data表示一般说法中的value

template<class Key,				// 指定key类型
         class Value,			// 指定Value类型
         class KeyOfValue,		// 仿函数类,指定从Value中获取Key的方式
         class Compare,			// 仿函数类,指定Key的排序方式
         class Alloc = alloc>
class rb_tree 
protected:
    typedef __rb_tree_node <Value> rb_tree_node;
public:
    typedef rb_tree_node *link_type;
protected:
    size_type node_count;	// rb_tree的大小(节点数量)
    link_type header;		// 头节点
    Compare key_compare; 	// Key的排序方式
;

rb_tree的header指向一个多余的空节点,用以维持其前闭后开的特性

rb_tree的使用：

rb_tree<int, int, identity<int>, less<int>> itree;
cout << itree.empty() << endl; 	// 1
cout << itree.size() << endl; 	// 0
itree.insert_unique(3);
itree.insert_unique(8);
itree.insert_unique(5);
itree.insert_unique(9);
itree.insert_unique(13);
itree.insert_unique(5); 		//no effect, since using insert_unique()
cout << itree.empty() << endl;	//0
cout << itree.size() << endl;	//5
cout << itree.count(5) << endl;	//1
itree.insert_equal(5);
itree.insert_equal(5);
cout << itree.size() << endl; 	//7, since using insert_equal()
cout << itree.count(5) << endl; //3

容器set和multiset

概述

set和multiset底层是用红黑树来实现的

set和multiset的key和value是一致的

通过set的迭代器不能改变set里面的元素键值.因为改变了键值,红黑树的结点就得重新排列了,就会破坏set的组织.所以set的迭代器被定义为红黑树底层的const_iterator,杜绝写入操作

set元素的key必須独一无二,因此其insert()调用的是内部rb_tree的insert_unique()方法;
multiset元素的key可以重复,因此其insert()调用的是内部rb_tree的insert_equal()方法

使用

#include <set>
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;

void main() 

	//初始化
	set<int> s;			//默认构造
	set<int> s1(s);		//拷贝构造
	set<int> s2 = s;	//重载等号操作符

	//遍历
	for (auto i : s) 
		cout << i << endl;
	
	for (auto i = s.begin(); i != s.end(); i++) 
		cout << *i << endl;
	

	//成员函数
	s.insert(5);	//插入数据只能有insert这一个方法
	s.size();		//返回容器中元素个数
	s.empty();		//检查set是否为空
	s.swap(s1);		//交换两个容器
	s.clear();
	s.erase(pos);	//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器
	s.erase(beg, end);//删除[beg, end)的所有元素，返回下一个元素的迭代器
	s.erase(elem);	//删除容器中值为elem的元素
	s.find(key);	//返回该键的迭代器；若不存在，返回set.end()
	s.count(key);	//统计key元素的个数

源码剖析

template<class Key,
         class Compare = less<Key>,
         class Alloc = alloc>
class set 
public:
    typedef Key key_type;
    typedef Key value_type;
    typedef Compare key_compare;
    typedef Compare value_compare;
private:
    typedef rb_tree <key_type, 
    				 value_type, 
    				 identity<value_type>, 
    				 key_compare, 
    				 Alloc> rep_type;
    rep_type t;		// 内部rb_tree容器
public:
    typedef typename rep_type::const_iterator iterator;
;

set容器的模板参数推导过程如下:

容器map和multimap

概述

容器map和multimap以rb_tree为底层容器,因此其中元素是有序的,排序的依据是key

map和multimap提供迭代器iterator用以顺序遍历容器.无法使用iterator改变元素的key,但可以用它来改变元素的data,因为map和multimap内部自动将key的类型设为const

map元素的key必须独一无二,因此其insert()调用的是内部rb_tree的insert_unique()方法;
multimap元素的key可以重复,因此其insert()调用的是内部rb_tree的insert_equal()方法

使用

#include <map>
#include <algorithm>
#include <iostream>
using namespace std;

void main() 
	//初始化
	map<int, int> m;			//默认构造
	map<int, int> m1(m);		//拷贝构造
	map<int, int> m2 = m1;	//重载等号操作符

	//遍历
	for (auto i : m) 
		cout << i.second << endl;
	
	for (auto i = m.begin(); i != m.end(); i++) 
		cout << (*i).second << endl;
	

	//成员函数
	m.size();	//返回容器中元素个数
	m.empty();	//判断容器是否为空
	m.swap(m1);	//交换两个容器
	m.insert(pair<int, int>(1,5));//插入元素5
	m.clear();
	m.erase(pos);//删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器
	m.erase(beg, end); //删除区间[beg,end)中所有元素，返回下一元素的迭代器
	m.erase(key);	//删除容器中值为key的元素

	m.find(key);	//查找key是否存在，若存在，返回该键的迭代器；若不存在，返回set.end()
	m.count(key);	//统计key元素的个数

源码剖析

template<class Key,
         class T,
         class Compare = less<Key>,
         class Alloc = alloc>
class map 
public:
    typedef Key key_type;
    typedef T data_type;
    typedef T mapped_type;
    typedef pair<const Key, T> value_type;
    typedef Compare key_compare;
private:
    typedef rb_tree <key_type, 
    				 value_type, 
    				 select1st<value_type>, 
    				 key_compare, 
    				 Alloc> rep_type;
    rep_type t;		// 内部rb_tree容器
public:
    typedef typename rep_type::iterator)
    iterator;
;

map容器的模板参数推导过程如下: