STL之关联式容器

2020-03-13 20:37:56 阅读：183 来源： 互联网

1. 关联式容器

STL中类如：vector、list、deque、forward_list(C++11)等，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，被成为序列式容器。
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。

2. 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。
STL定义如下：

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)
	{}
};

3. 树形结构的关联式容器

STL中根据使用环境的不同实现了两种不同结构的关联式容器：树形结构和哈希结构。树形结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四个容器的共同点是：使用**平衡搜索数（红黑树）**作为底层结构，容器中的元素是一个有序的序列。

3.1 map

3.1.1 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通常用于排序和惟一地标识元素，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;
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通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))。

3.1.2 map的使用

在这里插入图片描述
key：key的类型
T：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。

3.1.3 map的代码实例

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

int main()
{
	map<string, string>m;

    //插入
	m.insert(make_pair("林冲","豹子头"));
	m.insert(pair<string, string>("宋江","及时雨"));

	 // 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[]函数后将insert返回值键值对中的value返回    */ 
	 // 将<"孙二娘", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“母夜叉”赋值给该引用结果， 
	m["孙二娘"] = "母夜叉";
	// key不存在时抛异常  
	//m.at("张顺") = "浪里白条";  
	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("宋江", "及时雨")); 
	if (ret.second)       
		cout << "<宋江, 及时雨>不在map中, 已经插入" << endl;   
	else     
		cout << "键值为宋江的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->" << ret.first->second <<" 插入失败"<< endl;
  // 删除key为"apple"的元素  
	m.erase("宋江");


	return 0;
}

3.1.4 map总结

map中的元素是键值对
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的底层为红黑书，查找效率比较高O(log2^N)
支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找

3.2 multimap

3.2.1 multimap介绍

1.multimap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
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

3.2.2 multimap使用及注意事项

multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的
注意

multimap中的key是可以重复的
multimap中的元素默认将key按照小于来比较
multimap中没有重载operator[]操作
使用时与map包含的头文件相同

3.3 set

3.3.1 set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
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(可以同来去重)
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.ser中查找某个元素，时间复杂度为：log2^N
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

3.3.2 set使用

#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
//用数组构造SET
int arr[] = {1,2,4,3,2,4,6,8,9,6};
set<int>s(arr,arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
//正向打印set的元素，从打印结果看set可以去重
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;

//2出现的次数
	cout << s.count(2) << endl;
   return 0;
}

在这里插入图片描述

3.4 multiset

3.4.1 set使用

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)
注意
1.multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
2.mtltiset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
在multiset中找某个元素，时间复杂度为
7.multiset的作用：可以对元素进行排序

multiset的使用

set与multiset的不同，其他接口接口与set相同

#include<set>
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int arr[] = { 1,2,4,3,2,4,6,8,9,6,2,2,2 };
	multiset<int>s(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
	for (auto& e : s)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	cout << s.count(2) << endl;
	return 0;
}