关联式容器
在之前的文章中接触过STL部分容器，例如：vector、list、deque等等，这些容器统称为序列式容器，也称为顺序容器。
关联式容器和顺序容器有着根本的不同：关联容器中的元素是按照关键字来保存和访问的；而顺序容器中的元素是按它们在容器中的位置来顺序保存和访问的。
关联容器是用来存储数据的，与顺序容器不同的是，其里面存储的是< key,value >结构的键值对应，在数据检索时比序列容器效率更高。
关联式容器支持高效的关键字查找和访问。俩个主要的关联容器是map和set。map中的元素是一些关键字-值（key-value）对：关键字起到索引的作用，值则表示与索引相关联的数据；set中每一个元素只包含一个关键字，set支持高效的关键字查询操作：检查一个给定关键字是否在set中。
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包含俩个成员变量key与value，key代表键值，value代表与key对应的信息。
SGI-STL中键值对的定义：
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) {} };
树形结构的关联式容器
在STL库中一共提供了8中关联容器，根据应用场景的不同，又可以将其分为俩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）作为底层结果，容器中的元素是一个有序的列表。
而在STL中的8个容器间的不同体现在三个不同维度上：
- 或者是一个set，或者是一个map；
- 或者要求不重复的关键字，或者允许重复关键字；
- 按顺序保存元素，或无序保存。
| 按照关键字有序保存元素 | |
| map | 关联数组；保存关键字-值对 |
| set | 关键字即值，即只保存关键字的容器 |
| multimap | 关键字可以重复出现的map |
| multiset | 关键字可以重复出现的set |
| 无序排列 | |
| unordered_map | 用哈希函数组织的map |
| unordered_set | 用哈希函数组织的set |
| unordered_multimap | 哈希组织的map；关键字可以重复出现 |
| unordered_multiset | 哈希组织的set；关键字可以重复出现 |
set
set的文档介绍
【解释说明】
- set是按照一定次序存储元素的容器。
- 在set中，元素的value也标识着（value就是key、类型是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者删除它们。
- 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在底层是使用二叉搜索树（红黑树）实现的。
set的特殊作用是可以用于去重；其去重原理是：当值已经存在，就不进行插入。
set的使用
set的模板参数说明
在set的模板参数列表可以看到，set有三个模板参数，分别是：
- 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。
set的构造
set的构造
| 函数声明 | 功能介绍 |
| explicit set (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type()); | 构造空的set |
template <class InputIterator> set (InputIterator first, InputIterator last, const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type()); |
同[first,lats)区间中的元素构造set |
set (const set& x); |
set的拷贝构造 |
set<int> s1; int arr[] = { 1,2,3,4,5 }; set<int> s2(arr, arr + 5); set<int> s3(s2); set<int> s4(s2.begin(), s2.end());
set的迭代器
iterator begin();
返回set中起始位置元素的迭代器。
const_iterator begin() const;
返回set中起始位置元素的const迭代器。
iterator end();
返回set中最后一个元素后面的迭代器。
const_iterator end() const;
返回set中最后一个元素后面的const迭代器。
reverse_iterator rbegin();
返回set第一个元素的反向迭代器，即end
const_reverse_iterator rbegin() const;
返回set第一个元素的反向const迭代器
reverse_iterator rend();
返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即begin
const_reverse_iterator rend() const;
返回set最后一个位置的const反向迭代器。
int arr[] = { 1,3,4,2,5 }; set<int> s(arr, arr + 5); set<int>::iterator it = s.begin(); while (it != s.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl;
set的容量
bool empty() const;
检测set是否为空，空返回true，否则返回true。
int arr[] = { 1,3,4,2,5 }; set<int> s(arr, arr + 5); if (!s.empty()) { cout << "非空" << endl; }
size_type size() const;
返回set中有效元素的个数。
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } cout << s.size() << endl;
set的修改操作
pair insert (const value_type& val);
在set中插入元素x，实际插入的是< x,x >构成的键值对，如果插入成功，返回< 该元素在set中的位置，true >，如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回< x在set中的位置，false >。
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } set<int>::iterator it = s.begin(); while (it != s.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl;
void erase (iterator position);
删除set中position位置上的元素。
size_type erase (const value_type& val);
删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数。
void erase (iterator first, iterator last);
删除set中[first,last)区间中的元素。
set<int> s1; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s1.insert(i * 10); } s1.erase(10); s1.erase(15); for (auto e : s1) { cout << e << " "; }
void swap (set& x);
交换set中的元素。
set<int> s1; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s1.insert(i * 10); } set<int> s2; s1.swap(s2); for (auto e : s1) { cout << e << " "; }
void clear();
将set中的元素清空。
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } s.clear();
iterator find (const value_type& val) const;
返回set中值为x的元素的位置。
【注意】set的find()函数与库中的find()函数的底层实现不同，find()属于比较查找，时间复杂度最大为O(N)，而库里面的find()属于暴力查找，时间复杂度为O(N)。
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } if (s.find(10) != s.end()) { cout << "找到了" << endl; }
size_type count (const value_type& val) const;
返回set中值为x的元素的个数。
【注意】count用于判断是否存在，因为里面的数据在set里面只能为1个或者没有，如果在multiset里则会不同。
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } if (s.count(10)) { cout << "找到了" << endl; }
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
将迭代器返回到下限。
【注意】lower_bound()函数找的是大于等于该值的数据
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } set<int>::iterator itlow, itup; itlow = s.lower_bound(30); itup = s.upper_bound(50); s.erase(itlow, itup); for (auto e : s) { cout << e << " "; }
iterator upper_bound (const value_type& val) const;
将迭代器返回至上限。
【注意】upper_bound()函数找的是大于该值的数据
set<int> s; for (int i = 1; i < 10; ++i) { s.insert(i * 10); } set<int>::iterator itlow, itup; itlow = s.lower_bound(30); itup = s.upper_bound(50); s.erase(itlow, itup); for (auto e : s) { cout << e << " "; }
pair equal_range (const value_type& val) const;
获得相等元素的范围。
set<int>::iterator itlow, itup; std::pair<std::set<int>::const_iterator, std::set<int>::const_iterator> ret; ret = s.equal_range(20); itlow = ret.first; itup = ret.second; s.erase(itlow, itup); for (auto e : s) { cout << e << " "; }
【总结】
- 与map和multimap不同，map和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。
- set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。
- set中的元素不可以重复，所以可以使用set进行去重。
- 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。
- set中的元素默认是按照小于来比较。
- set中查找某个元素，时间复杂度为logN。
- set中的元素不允许修改。
- set中的底层实现是使用二叉搜索树（红黑树）来实现的。
multiset
multiset的介绍
【文档说明】
- 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也会识别自己，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元素的值不能再容器中进行修改，因为元素总是const的，但可以从容器中插入或删除。
- multiset容器通过key访问单个元素的速度通常比unordered_multiset容器慢，但当时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）。
multiset的使用
int arr[] = { 3,2,6,4,7,1,9,4,0,2,2,3,4,5,6,6,5,4 }; multiset<int> s(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0]))); for (auto& e : s) { cout << e << " "; } cout << endl; //寻找第一个3的位置 multiset<int>::iterator pos = s.find(3); while (pos != s.end()) { cout << *pos << " "; ++pos; } cout << endl; cout << s.count(6) << endl; pair<multiset<int>::const_iterator, multiset<int>::const_iterator> ret = s.equal_range(4); multiset<int>::iterator itlow, itup; itlow = ret.first; itup = ret.second; s.erase(itlow, itup); for (auto& e : s) { cout << e << " "; } cout << endl;
count和equal_range俩个函数在multiset中的使用更加有意义，equal_range寻找的范围是相等值的左闭右开。
【注意】
- multiset中在底层中存储的是< value,value >的键值对。
- multiset的插入接口只需要插入即可。
- 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，在set中的元素是唯一的。
- 使用迭代器对multiset中的元素访问进行遍历，可以得到有序的序列。
- multiset中的元素不能修改。
- 在multiset中查找某个元素，时间复杂度为logN。
- multiset的作用：可以对元素进行排序。
map
map的文档介绍
【解释说明】：
- 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通常用于排序和唯一的标识元素，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，可以与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称为pair。
-
- 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key对应的value。
- map通常被实现为二叉搜索树，更加准确的将：平衡二叉搜索树（红黑树）。
map的使用
map的模板参数说明
map中一共存在四个模板参数，分别为：
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进行比较的，缺省情况下按照小于来比较，一般情况下内置类型元素不需要传递，如果自定义类型无法比较时，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。
map的构造
explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());
构造一个空的map
map<string, int> dict;
map的迭代器
begin()与end()
begin首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置。
rbegin()和rend()
反向迭代器，rbegin在end的位置，rend在begin的位置，其++和- -操作与begin和end操作移动相反。
map<string, string>::iterator it = dict.begin(); while (it != dict.end()) { cout << it->first << ":" << it->second << endl; ++it; } cout << endl;
map的容量与元素访问
bool empty() const;
检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false。
size_type size() const;
返回map中的有序元素的个数。
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
返回key对应的value。
map<string, string> dict; dict["sort"];//插入 dict["map"] = "地图";//插入修改 dict["map"] = "映射";//修改
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。
【注意】在元素访问的时候，有一个与operator[ ]类似的操作at()，该函数不经常使用，俩个函数都是通过key找到与key对应的value然后返回其引用，但是不同点是：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，而at()函数直接抛异常。
map的修改操作
pair insert (const value_type& val);
在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表是否插入成功。
//查找高频单词 map<string, string> dict; pair<string, string> kv1("insert", "插入"); dict.insert(kv1); dict.insert(pair<string, string>("string", "字符串")); //C++98 dict.insert(make_pair("sort", "排序")); //C++11 dict.insert({ "data","数据" });
C++11中支持多参数的构造函数隐式类型转换。pair是一个类模板。
void erase (iterator position);
删除position位置上的元素。
size_type erase (const key_type& k);
删除键值为x的元素。
void erase (iterator first, iterator last);
删除[first,last)区间中的元素。
void swap (map& x);
交换俩个map中的元素。
void clear();
将map中的元素清空。
iterator find (const key_type& k);
在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end。
const_iterator find (const key_type& k) const;
在map中国插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回rend。
size_type count (const key_type& k) const;
返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中。
iterator lower_bound (const key_type& k);
const_iterator lower_bound (const key_type& k) const;
返回迭代器的下限。
iterator upper_bound (const key_type& k);
const_iterator upper_bound (const key_type& k) const;
返回迭代器的上限。
获取相等元素的范围。
【总结】
- map中的元素是键值对。
- map中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的底层为平衡搜索树（红黑叔），查找效率比较高logN。
- 支持[ ]操作符，operator[ ]中实际进行插入查找。
multimap
multimap的介绍
【文档说明】
- multimap是关联式容器，按照特定的顺序，存储由key和value映射成的键值对< key,value >，其中多个键值对直接的key是可以重复的。
- 在multimap中，通常按照key排序和唯一的标识元素，而映射的value存储与key关联的内容。
- key与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。
- 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继续排序。
- 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。
- multimap在底层用二叉搜索树（红黑树）实现的。
【注意】multimap和map的唯一不同就是：map中的key是唯一的，而multimap中的key是可以重复的。
multimap的使用
【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。
