关联式容器set和map

2023-10-17 08:23:50 浏览数 (1)

一.容器

在C 中容器大致可以分为两种,分别是:序列式容器和关联式容器。

序列式容器:vectorlist,deque,forward_lsit都是序列式容器,因为它们的底层都是线性序列的数据结构,存放的是元素本身。

关联式容器:虽然也是用来存储数据的,但是关联式容器中存放的并不是元素本身,而是<key,value>这样的键值对,这样的容器在数据检索的时候效率会更高(插入删除不需要挪动数据,只需要更改指针指向,结构平衡时查找效率为logN)。

关联式容器也有两类,一类是map,multimap和set,multiset这种底层为红黑树的容器,另一类是哈希结构。

二.set的介绍

set的底层是一棵搜索二叉树,搜索二叉树在构建的时候会自动排序,并且不能插入大小相同的值,如果你往树中插入大小相同的值,它会自动给你去重,所以set其实是去重 排序

set有一个模板参数T和一个仿函数以及空间配置器(STL中的容器为了减少扩容时的效率损失都是从内存池中开空间的),表面上set只有一个参数T,但其实set内部存放的是<value,value>这样的键值对

set的大部分成员函数和STL中其他的容器类似,所以就不一一介绍,这里只介绍具有set特性的成员函数

1.insert

第一个插入函数插入的参数是一个value_type的类型,其实这个类型是一个pair被typedef以后的名字

此外观察pair的参数,可以看到set中的key是不可以被修改的,而value是可以修改的。

第二个插入函数实在某个位置插入一个节点,但是这个接口要慎用,因为有可能会破坏到树的结构。


关于pair

pair是一个struct的模板类,里面有两个成员,通常我们将first认为是keysecond认为是value,但它们的类型具体是什么则由我们自己决定,,一般我们将pair称之为键值对,SGI-STL种对键值定义如下

代码语言:javascript复制
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)
	{}
};

以前我们定义搜索树时我们的KV结构是由两个变量来代表,map这里使用pair存储就是将两个变量替换成了一个pair模板类,这比使用两个变量来实现的KV结构可以解决更多的问题

2.lower_bound&&upper_bound

lower_bound返回大于等于目标值的迭代器,upper_bound返回大于目标值的迭代器,在set中用于返回目标值的迭代器。(可以将获取到的两个迭代器作为一个迭代器区间用于删除或插入)

可以看到这个erase将2和3都给删掉了,可以理解为删除的是一个这样的区间:[2,3]

3.find和count
find

find采用的是中序遍历的查找方式,如果找到了就返回这个节点的迭代器,如果没找到就返回set::end

count

给定一个值,该函数能帮你统计该树种拥有该值的节点有多少个。或许有人会说:set是排序 去重,一个值肯定就一个,这个接口函数是不是没有意义?

其实该函数并不是为了set而创建的,而是为了multiset才创建的。

三. multiset

multiset与set的不同就在于multiset允许键值冗余(可以存在相同的值),因此它只是简单的排序

但是因为multiset中会存在相同的值,所以有些接口在set中显得有些鸡肋,但在multiset种却刚刚好,比如count:

count可以统计multiset中某个值出现的次数

此外因为mulitset中允许键值冗余,所以它的find函数找到的是中序遍历中第一次出现的结果

四.map

map是一个平衡搜索二叉树,是KV模型,set虽然也是KV模型,但其实存放的是一个<value,value>的键值对,而map存放的是则是真正的<key,value>键值对

代码语言:javascript复制
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;

int main()
{
	map<string, string>dict;
	dict.insert(pair<string, string>("一", "one"));
	dict.insert(pair<string, string>("二", "two"));//这里在调用pair的构造函数
	dict.insert(pair<string, string>("单词", "world"));
	dict.insert(make_pair("书", "book"));//这里和上面三个是等价的写法

	return 0;
}

这里为了简化,使用一个make_pair函数

make_pair其实也是在调用pair的构造函数,但它的好处就是它是一个函数模板,可以自动推演,不用我们显示去声明类型。 大部分情况插入键值都是使用make_pair

map的迭代器和list的十分类似,都是通过在类中内嵌一个指针来实现的,所以这里在访问map中的元素时还可以使用->的访问方式(和list类似,这里其实调用了两次->,但是编译器优化成了一个)

最特别的operator[]

表面上看起来平平无奇,接下来我们结合使用来感受它的魅力:

这个就是统计数组中各个元素出现的次数,这种平平无奇的解法相比就没什么需要解释的

除了上面那种老实人解法,如果你灵活使用operator[],可以将上述代码简化

首先来看一下文档中对该函数的说明

其实operator[]调用的还是insert,所以要把这个理解了,首先要理解insert

在之前的搜索树和set中因为不允许键值冗余所以插入的返回值就是一个bool值,这里却给了一个迭代器,文档中对返回值这样说:如果不存在这个元素,那么返回的迭代器是新插入的元素的迭代器,second是true,如果该元素已经存在,那么就返回该元素的迭代器,second被设置为false。也就是说,insert还可以充当find来使用;

而operator[]只给了一个key,但是如果map中没有该元素则要求我们插入,那么插入的时候value就会插入类型的匿名对象(如果类型是int,那么匿名对象就是0,指针就是空指针,string就是空串);

对operator[]的整体理解

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