Map容器

Posted 野渡书生

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Map容器相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1、Map

（1）定义 

Map是标准关联式容器（associative container）之一，一个map是一个键值对序列，即（key ,value）对。它提供基于key的快速检索能力，在一个map中key值是唯一的。map提供双向迭代器，即有从前往后的（iterator），也有从后往前的（reverse_iterator）。

Map要求能对key进行<操作，且保持按key值递增有序，因此map上的迭代器也是递增有序的。如果对于元素并不需要保持有序，可以使用hash_map。

Map中key值是唯一的，如果已存在一个键值对(name,code):("name_a",1)，而我们还想插入一个键值对("name_a",1)则会报错（不是报错，准确的说是，返回插入不成功！）。而我们又的确想这样做，即一个键对应多个值，multimap可实现这个功能。

（2）底层实现

Map内部自建一颗红黑树(一种非严格意义上的平衡二叉树)，这颗树具有对数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的，后边我们会见识到有序的好处。

由于STL是一个统一的整体，map的很多用法都和STL中其它的东西结合在一起，比如在排序上，默认用的是小于号，即less<>。 

Map中由于它内部有序，由红黑树保证，因此很多函数执行的时间复杂度都是log2N的，如果用map函数可以实现的功能，而STL  Algorithm也可以完成该功能，建议用map自带函数，效率高一些。 

Map在空间上的特性，由于map的每个数据对应红黑树上的一个节点，这个节点在不保存你的数据时，是占用16个字节的，一个父节点指针，左右孩子指针，还有一个枚举值（标示红黑的，相当于平衡二叉树中的平衡因子），这些地方很费内存。

（3）特点

Map类似于数据库中的１:１关系，它是一种关联容器，提供一对一(C++ primer中文版中将第一个译为键，每个键只能在map中出现一次，第二个被译为该键对应的值)的数据处理能力，这种特性了使得map类似于数据结构里的红黑二叉树。Multimap类似于数据库中的１:Ｎ关系，它是一种关联容器,提供一对多的数据处理能力。

（4）性能分析

a)、hash_map和map的区别在哪里？

    （1）构造函数  hash_map需要hash函数，等于函数；map只需要比较函数（小于函数）。

    （2）存储结构  hash_map采用hash表存储，map一般采用红黑树实现。因此内存数据结构是不一样的。

b)、什么时候需要使用hash_map，什么时候需要map？

总体来说，hash_map 查找速度会比map快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别；而map的查找速度是log(n)级别。

但若你对内存使用特别严格，希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，hash_map可能会让你陷入尴尬，特别是当你的hash_map对象特别多时，你就更无法控制了，而且 hash_map的构造速度较慢。

因此，选择的时候需要权衡三个因素: 查找速度，数据量，内存使用。

 

c)、如何用hash_map替换程序中已有的map容器？

这个很容易，但需要你有良好的编程风格。建议你尽量使用typedef来定义你的类型：

typedef map KeyMap;
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当你希望使用hash_map来替换的时候，只需要修改:

typedef hash_map KeyMap;
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其他的基本不变。当然，你需要注意是否有Key类型的hash函数和比较函数。

2、成员函数

（1）构造函数

map(); // 默认构造函数
map(const map& m) // 拷贝构造函数
map(iterator begin, iterator end ); //区间构造函数
map(iterator begin, iterator end, const traits& _compare) //带比较谓词的构造函数
map(iterator begin, iterator end, const traits& _compare, const allocator& all) //带分配器
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经过分析发现，map的构造函数主要是调用“拷贝构造函数”和利用“迭代器”进行初始化两种方式，因为map中每个节点由一对值构成。

（2）插入操作

(1)、insert（pair<T1,T2,>(key1,value1)）
//用insert函数插入pair数据
(2)、insert(map<T1,T2>::value_type(key1,value1)）;
//用insert函数插入value_type数据,这种插入方式和第一种基本相似
(3)、利用数组进行插入
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示例：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_one”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(2, “student_two”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, “student_three”));
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”));
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (2, “student_two”));
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (3, “student_three”));
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent[1] =  “student_one”;
       mapStudent[2] =  “student_two”;
       mapStudent[3] =  “student_three”;
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}

　　

以上三种用法，虽然都可以实现数据的插入，但是它们是有区别的：第一种和第二种在效果上是一样的，用insert函数插入数据，在数据的插入上涉及到集合的唯一性这个概念，即当map中有这个关键字时，insert操作是插入数据不了的，但是用数组方式就不同了，它可以覆盖以前该关键字对应的值，如下：

mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”));
mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_two”));

上面这两条语句执行后，map中1这个关键字对应的值是“student_one”，第二条语句并没有生效，那么我们怎么知道insert语句是否插入成功，可以用pair来获得是否插入成功，程序如下：

Pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
Insert_Pair = mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”));
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我们通过pair的第二个变量来知道是否插入成功，它的第一个变量返回的是一个map的迭代器，如果插入成功的话：Insert_Pair.second应该是true的，否则为false。

下面给出完成代码，演示插入成功与否问题：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
Pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
       Insert_Pair＝mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_one”));
       If(Insert_Pair.second == true)
       {
              Cout<<”Insert Successfully”<<endl;
       }
       Else
       {
              Cout<<”Insert Failure”<<endl;
       }
       Insert_Pair＝mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_two”));
       If(Insert_Pair.second == true)
       {
              Cout<<”Insert Successfully”<<endl;
       }
       Else
       {
              Cout<<”Insert Failure”<<endl;
       }
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}
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用如下程序，看下用数组插入在数据覆盖上的效果：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent[1] =  “student_one”;
       mapStudent[1] =  “student_two”;
       mapStudent[2] =  “student_three”;
       map<int, string>::iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}

　

（3）删除操作

(1)、erase（map<T1,T2>::iterator iter）;
//删除迭代器所指的节点
(2)、erase（key k）;
//根据键值进行删除，删除键值k所指的节点
(3)、erase（map<T1,T2>::iteratormap iter1，<T1,T2>::iteratoriter2）;
//删除iter1和iter2之间的数据。

clear();
//清空map中的数据可以用clear()函数，判定map中是否有数据可以用empty()函数，它返回true则说明是空map
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示例：

#pragma warning(disable:4786)

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;

int main()
{
    /*
    map<int,string> tmp;
    map<int,string>::const_iterator iter1,iter2;
    tmp.insert(pair<int,string>(54090104,"Bob"));
    tmp.insert(pair<int,string>(54090105,"Ben"));
    iter1 = tmp.begin();
    iter2 = tmp.end();
    */
    map<int,string> studentMessage;
    map<int,string>::iterator iter;
    //向map中插入数据
    studentMessage.insert(pair<int,string>(54090101,"Mike"));
    studentMessage.insert(pair<int,string>(54090101,"MIKE"));//重复插入
    studentMessage.insert(map<int,string>::value_type(54090102,"Sam"));
    studentMessage.insert(map<int,string>::value_type(54090102,"SAM"));//重复插入
    studentMessage[54090103] = "Jake";
    studentMessage[54090103] = "JAKE";//重复插入

    //为了测试删除，先插入两个数据,看插入结果主要看上面的插入方式
    studentMessage[54090104] = "Bob";
    studentMessage[54090105] = "Ben";

    cout<<"完成插入后map中的数据："<<endl;
    for(iter = studentMessage.begin() ; iter != studentMessage.end() ; ++iter)
    {
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }

    //从map中删除数据
    iter = studentMessage.begin();
    studentMessage.erase(iter);
    cout<<"利用迭代器删除map中第一个元素："<<endl;
    for(iter = studentMessage.begin() ; iter != studentMessage.end() ; ++iter)
    {
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }
    studentMessage.erase(54090102);
    cout<<"利用键值删除map中的第一个元素："<<endl;
    for(iter = studentMessage.begin() ; iter != studentMessage.end() ; ++iter)
    {
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }
    studentMessage.erase(studentMessage.begin(),studentMessage.end());
    cout<<"利用范围迭代器删除map中的所有数据："<<endl;
    for(iter = studentMessage.begin() ; iter != studentMessage.end() ; ++iter)
    {
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }
    return 0;
}

　　

（4）定位查找

begin();
//返回指向map头部的迭代器
end();
//返回指向map末尾的迭代器

(1)、count();
//用count函数来判定关键字是否出现，其缺点是无法定位数据出现位置,由于map的特性，一对一的映射关系，就决定了count函数的返回值只有两个，要么是0，要么是1，出现的情况，当然是返回1了
(2)、find();
//用find函数来定位数据出现位置，它返回的一个迭代器，当数据出现时，它返回数据所在位置的迭代器，如果map中没有要查找的数据，它返回的迭代器等于end函数返回的迭代器
(3)、Lower_bound();Upper_bound();
//这个方法用来判定数据是否出现，是显得笨了点:
//Lower_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的下界(是一个迭代器)
//Upper_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的上界(是一个迭代器)
//例如：map中已经插入了1，2，3，4的话，如果lower_bound(2)的话，返回的2，而upper-bound（2）的话，返回的就是3

Equal_range();
//函数返回一个pair，pair里面第一个变量是Lower_bound返回的迭代器，pair里面第二个迭代器是Upper_bound返回的迭代器，如果这两个迭代器相等的话，则说明map中不出现这个关键字

　　

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示例：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_one”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(2, “student_two”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, “student_three”));
       map<int, string>::iterator iter;
       iter = mapStudent.find(1);
if(iter != mapStudent.end())
{
       Cout<<”Find, the value is ”<<iter->second<<endl;
}
Else
{
       Cout<<”Do not Find”<<endl;
}
}

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent[1] =  “student_one”;
       mapStudent[3] =  “student_three”;
       mapStudent[5] =  “student_five”;
       map<int, string>::iterator  iter;
iter = mapStudent.lower_bound(2);
{
       //返回的是下界3的迭代器
       Cout<<iter->second<<endl;
}
iter = mapStudent.lower_bound(3);
{
       //返回的是下界3的迭代器
       Cout<<iter->second<<endl;
}
iter = mapStudent.upper_bound(2);
{
       //返回的是上界3的迭代器
       Cout<<iter->second<<endl;
}
iter = mapStudent.upper_bound(3);
{
       //返回的是上界5的迭代器
       Cout<<iter->second<<endl;
}
Pair<map<int, string>::iterator, map<int, string>::iterator> mapPair;
mapPair = mapStudent.equal_range(2);
if(mapPair.first == mapPair.second)
       {
       cout<<”Do not Find”<<endl;
}
Else
{
Cout<<”Find”<<endl;
}
mapPair = mapStudent.equal_range(3);
if(mapPair.first == mapPair.second)
       {
       cout<<”Do not Find”<<endl;
}
Else
{
Cout<<”Find”<<endl;
}
}

　　

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（5）数据大小

max_size();
//返回map容器可能包含的元素最大个数
size();
//返回当前map容器中的元素个数

count(); 
//用来查找map中某个某个键值出现的次数;

　　

示例：

#pragma warning (disable:4786)

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    map<int,string> studentMessage;
    map<int,string>::iterator iter;
    studentMessage.insert(pair<int , string>(54090101,"Mike"));
    studentMessage.insert(pair<int , string>(54090102,"Sam"));
    studentMessage.insert(pair<int , string>(54090103,"Jake"));
    //begin获取map中的第一个元素的迭代器,并且等于rend
    //end获取map中的最后一个元素下一位置的迭代器，并且等于rbegin
    cout<<"迭代器中的元素如下："<<endl;
    for(iter = studentMessage.begin() ; iter != studentMessage.end() ; ++iter)
    {
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    }
    //看看max_size和size的值得意义
    cout<<"map 的 max_size 的值："<<studentMessage.max_size()<<endl;
    cout<<"map 的 size 的值："<<studentMessage.size()<<endl;
    //看看empty和clear的使用
    studentMessage.clear();
    if(studentMessage.empty())
    {
        cout<<"The map is Empty !!"<<endl;
    }
    else
    {
        cout<<"The map is not Empty !!"<<endl;
    }
    return 0;
}

　　

（6）遍历操作

第一种：应用前向迭代器
第二种：应用反相迭代器
第三种：用数组方式
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示例：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_one”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(2, “student_two”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, “student_three”));
       map<int, string>::reverse_iterator  iter;
       for(iter = mapStudent.rbegin(); iter != mapStudent.rend(); iter++)
{
       Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end;
}
}

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
Using namespace std;
Int main()
{
       Map<int, string> mapStudent;
       mapStudent.insert(pair<int, string>(1, “student_one”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(2, “student_two”));
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, “student_three”));
       int nSize = mapStudent.size()
//此处有误，应该是 for(int nIndex = 1; nIndex <= nSize; nIndex++) 
//by rainfish
       for(int nIndex = 0; nIndex < nSize; nIndex++)
{
       Cout<<mapStudent[nIndex]<<end;
}
}

　　

（7）排序操作

第一种：小于号重载
第二种：仿函数的应用，这个时候结构体中没有直接的小于号重载
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示例：





#include <map>
#include <string>
Using namespace std;
Typedef struct tagStudentInfo
{
       Int      nID;
       String   strName;
}StudentInfo, *PStudentInfo;  //学生信息
Int main()
{
    int nSize;
       //用学生信息映射分数
       map<StudentInfo, int>mapStudent;
    map<StudentInfo, int>::iterator iter;
       StudentInfo studentInfo;
       studentInfo.nID = 1;
       studentInfo.strName = “student_one”;
       mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 90));
       studentInfo.nID = 2;
       studentInfo.strName = “student_two”;
mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 80));
for (iter=mapStudent.begin(); iter!=mapStudent.end(); iter++)
    cout<<iter->first.nID<<endl<<iter->first.strName<<endl<<iter->second<<endl;
}





　


以上程序是无法编译通过的，只要重载小于号，就OK了，如下：




Typedef struct tagStudentInfo
{
       Int      nID;
       String   strName;
       Bool operator < (tagStudentInfo const& _A) const
       {
              //这个函数指定排序策略，按nID排序，如果nID相等的话，按strName排序
              If(nID < _A.nID)  return true;
              If(nID == _A.nID) return strName.compare(_A.strName) < 0;
              Return false;
       }
}StudentInfo, *PStudentInfo;  //学生信息

#include <map>
#include <string>
Using namespace std;
Typedef struct tagStudentInfo
{
       Int      nID;
       String   strName;
}StudentInfo, *PStudentInfo;  //学生信息
Classs sort
{
       Public:
       Bool operator() (StudentInfo const &_A, StudentInfo const &_B) const
       {
              If(_A.nID < _B.nID) return true;
              If(_A.nID == _B.nID) return _A.strName.compare(_B.strName) < 0;
              Return false;
       }
};
Int main()
{
       //用学生信息映射分数
       Map<StudentInfo, int, sort>mapStudent;
       StudentInfo studentInfo;
       studentInfo.nID = 1;
       studentInfo.strName = “student_one”;
       mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 90));
       studentInfo.nID = 2;
       studentInfo.strName = “student_two”;
 mapStudent.insert(pair<StudentInfo, int>(studentInfo, 80));
}





　　


 




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以上是关于Map容器的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 

 怎么用insert函数给map容器添加元素？


 Map容器


 map


 Java复习 之容器


 容器的概要


 关联容器的Key