C++进阶之路---我们在何种情况下使用set和map

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前言

       在之前的学习中，我们已经接触过STL中的部分容器，比如：vector、list、deque、forward_list(C++11)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。那什么是关联式容器？它与序列式容器有什么区别？

       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。

       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。

       根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的管理式容器：树型结构与哈希结构。树型结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset。这四种容器的共同点是：使用平衡搜索树(即红黑树)作为其底层结果，容器中的元素是一个有序的序列。下面一依次介绍每一个容器。

一、set

1.set的介绍

       使用我们的神器工具cplusplus，链接：set文档介绍

翻译：

       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。
       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容器慢，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(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(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。

2.set的使用

1.set的模板参数列表

        T: set中存放元素的类型，实际在底层存储<value, value>的键值对。

        Compare：set中元素默认按照小于来比较

        Alloc：set中元素空间的管理方式，使用STL提供的空间配置器管理

2.set的构造

3.set的迭代器

4.set的容量

5.set的修改 

6.set的使用

#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));
     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、map

1.map的介绍

       使用我们的神器工具cplusplus，链接：map的文档简介

翻译：

       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<const key, T> 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.map的使用

1.map的模板参数说明

       key: 键值对中key的类型

       T： 键值对中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 #include<map>

2.map的构造

3.map的迭代器

4.map的容量与元素访问

 问题：当key不在map中时，通过operator获取对应value时会发生什么问题？

注意：在元素访问时，有一个与operator[]类似的操作at()(该函数不常用)函数，都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，不同的是：当key不存在时，operator[]用默认value与key构造键值对然后插入，返回该默认value，at()函数直接抛异常。

5.map中元素的修改

#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;
 }

3.总结

       1.map中的的元素是键值对
       2.map中的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)，查找效率比较高O(log2​N)
       6.支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

结语：C++关于如何使用set和map的分享到这里就结束了，希望本篇文章的分享会对大家的学习带来些许帮助，如果大家有什么问题，欢迎大家在评论区留言~~~