【 C++ 】map、multimap的介绍和使用
目录
1、map
map的介绍
map的定义
insert插入函数
map的迭代器
[ ]运算符重载
find查找函数
erase删除函数
其它函数
总结
2、multimap
multimap的介绍
multimap的使用
1、map
map的介绍
- 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))。
- 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。
map的定义
- 1、指定key和value构造一个空map
map<int, string> m1;
- 2、拷贝构造同类型map
map<int, string> m2(m1);
- 3、使用迭代器区间构造一块内容
map<int, string> m3(m2.begin(), m2.end());
- 4、构造一个指定大于的比较方式的map
map<int, string, greater<int>> m4;
insert插入函数
- insert函数声明：
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x );
- 接口说明：
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代表释放插入成功。x的类型为value_type，而value_type即pair的别名：
typedef pair<const Key, T> value_type;
- 解释键值对：
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。SGI-STL中关于键值对的定义：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){} };因此，后续在使用insert时，首先用key和value构造一个pair对象，再把pair对象作为参数传入insert函数。
- 插入方式如下：
1、借助pair构造函数：
void test_map1() {map<string, string> dict;pair<string, string> kv("byte", "字节");dict.insert(kv); }2、借助pair构造匿名对象插入：
void test_map1() {map<string, string> dict;dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序")); }3、调用make_pair函数模板插入：
void test_map1() {map<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左边"));//make_pair是库里的，不需要自己写 }库里的make_pair源码如下：
template <class T1, class T2> pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y) {return (pair<T1, T2>(x, y)); }4、使用{}
void test_map1() {map<string, string> dict;dict.insert({ "right", "右边" });//C++11支持的写法，后续详谈 }
- insert函数返回值说明：
pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);insert函数的返回值是一个pair对象，该pair对象中第一个成员的类型（pair::first）为指向新插入元素的迭代器或者没有插入成功（数据冗余），返回指向跟key相等的位置结点的迭代器，第二个成员的类型为一个bool类型，具体含义如下：
- 若待插入元素的键值key在map当中不存在，则insert函数插入成功，并返回插入后元素的迭代器和true。
- 若待插入元素的键值key在map当中已经存在，则insert函数插入失败，并返回map当中键值为key的元素的迭代器和false。
示例：
void test() {map<string, string> dict;auto ret1 = dict.insert(make_pair("left", "左边"));auto ret2 = dict.insert(make_pair("left", "剩余")); }监视窗口如下：
map的迭代器
函数声明 功能介绍 begin()和end() begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置 cbrgin()和cend() 与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改 rbegin()和rend() 反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置，其++和--操作与begin和end操作移动相反 crbegin()和crend() 与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改 接下来即可对map进行遍历操作：
void test_map2() {//插入map<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左"));dict.insert(make_pair("right", "右"));dict.insert(make_pair("front", "前"));dict.insert(make_pair("back", "后"));//遍历map<string, string>::iterator it = dict.begin();while (it != dict.end()){//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;cout << it->first << ":" << it->second << endl;it++;}cout << endl;//范围forfor (const auto& e : dict)cout << e.first << ":" << e.second << endl; }
- 实例：统计各水果出现的次数
void test_map3() {string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> countMap;for (auto& str : arr){map<string, int>::iterator it = countMap.find(str);if (it != countMap.end()){it->second++;}else{countMap.insert(make_pair(str, 1));}}for (const auto& kv : countMap)cout << kv.first << ":" << kv.second << endl; }
根据insert的特性，我们可以针对其进行优化：
void test_map3() {string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" }; //优化1：/*map<string, int> countMap;for (auto& str : arr){//pair<map<string, int>::iterator, bool> ret = countMap.insert(make_pair(str, 1));auto ret = countMap.insert(make_pair(str, 1));if (ret.second == false){ret.first->second++;}}*///优化2：map<string, int> countMap;for (auto& str : arr){countMap[str]++;}for (const auto& kv : countMap)cout << kv.first << ":" << kv.second << endl; }这里优化2的方式仅仅用了[]的运算符重载即可完成，接下来详细讲解[]运算符重载
[ ]运算符重载
- [ ]运算符重载函数原型声明：
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
- 针对返回类型mapped_type 和 参数类型key_type的定义如下：
成员类型 定义 key_type The first template parameter (Key) mapped_type The second template parameter (T)
- [ ]运算符重载函数的具体源码实现如下：
mapped_type& operator[] (const key_type& k) {return (*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second; }针对该返回值，其主要是进行了两大步骤：
- 首先调用insert函数插入键值对返回迭代器ret
- 通过返回的迭代器ret调用元素值value
对应代码如下：
mapped_type& operator[] (const key_type& k) {//1、调用insert返回迭代器区间pair<iterator, bool> ret = insert(make_pair(k, mapped_type()));//2、利用ret调用value值return ret.first->second;//return (*(ret.first)).second; }前面我们已知mapped_type为第二个模板参数，也就是value，而mapped_type()就是构造了一个匿名对象，接下来主要分两种情况讨论：
- 如果k在map对象中，则插入失败，返回的bool类型为false，返回的迭代器为k所在结点的迭代器，而迭代器解引用*(ret.first)获得的就是pair，最后再通过pair访问到value值，整体可优化成ret.first->second，这里返回引用的好处为查找k对应v，修改k对应v。
- 如果k不在map对象中，则插入成功，返回的bool类型为true，返回的迭代器为新插入的k所在结点的迭代器位置，接着调用ret.first获得pair的迭代器，再通过->second获得value，这里返回引用的好处为插入和修改。
接下来回头看看前面统计水果出现次数的代码：
void test_map3() {string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };map<string, int> countMap;for (auto& str : arr){countMap[str]++;}for (const auto& kv : countMap)cout << kv.first << ":" << kv.second << endl; }这里就很容易感悟到这里仅仅一行代码完成了主要逻辑，归根揭底在于[ ]运算符重载内部封装了一层insert，这样满足了遇到不同的key值就插入，对应的value更新为1，若遇到相同的key值就查找，对应的value累计++从而统计次数，而这又归功于[ ]运算符重载内部返回引用的缘故。
这里再给出一组[ ]的例子：
void test() {map<string, string> dict;auto ret1 = dict.insert(make_pair("left", "左边"));auto ret2 = dict.insert(make_pair("left", "剩余"));dict["operator"] = "重载";//插入 + 修改dict["left"] = "左边、剩余";//修改dict["erase"];//插入cout << dict["left"] << endl;//左边、剩余 }这里就足矣体现出[ ]运算符重载的好处，既可以遇到新key像insert一样插入，又满足了insert未有的功能，查找并修改。
find查找函数
- 函数原型如下：
iterator find (const key_type& k); const_iterator find (const key_type& k) const;
- 原理如下：
根据k值在map中寻找，找到后，返回对应k值位置的迭代器，若未找到，则返回map::end的迭代器。
- 示例：
void test_map() {map<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左"));dict.insert(make_pair("right", "右"));dict.insert(make_pair("front", "前"));dict.insert(make_pair("back", "后"));string str;cin >> str;//输入leftmap<string, string>::iterator pos = dict.find(str);if (pos != dict.end()){cout << pos->first << " : " << pos->second << endl;//left : 左}else{cout << "没找到" << endl;} }
erase删除函数
函数原型声明如下：
(1) void erase (iterator position); (2) size_type erase (const key_type& k); (3) void erase (iterator first, iterator last);这里和set中的erase原理相册不大，下面直接给出测试用例：
void test_map() {map<int, string> m;m.insert(make_pair(1, "one"));m.insert(make_pair(2, "two"));m.insert(make_pair(3, "three"));m.insert(make_pair(4, "four"));m.insert(make_pair(5, "five"));m.insert(make_pair(6, "six"));//指定key值删除cout << m.erase(3) << endl;map<int, string>::iterator pos = m.find(5);//删除迭代器区间if (pos != m.end()){m.erase(pos, m.end());//删除5到6的数字}for (const auto& kv : m){cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;} }
其它函数
- 1、map的容量与元素访问
函数声明 功能简介 empty 检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false size 返回map中有效元素的个数
- 2、map中元素的修改
函数声明 功能简介 swap 交换两个map中的元素
clear 清空map中的元素 count 返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，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
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(logN)
- 6、支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。
2、multimap
multimap的介绍
- 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>，其中多个键值对之间的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:typedef pair<const Key, T> value_type;
- 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。
multimap的使用
multimap中的接口可以参考map，功能都是类似的。
注意：
- 1、multimap中的key是可以重复的。
- 2、multimap中的元素默认将key按照小于来比较
- 3、multimap中没有重载operator[]操作（因为multimap允许冗余，导致key和value面临一对多的关系）
- 4、使用时与map包含的头文件相同：
示例：
void test_multimap() {multimap<string, string> dict;dict.insert(make_pair("left", "左边"));dict.insert(make_pair("left", "剩余"));dict.insert(make_pair("left", "左边")); }监视窗口如下：
multimap允许冗余，这也就导致其内部的find和count函数和map中的有所区别，如下：
成员函数count 功能说明 map对象 值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0 multimap对象 返回set中值为key的元素的个数
成员函数find 功能说明 map对象 返回键值为key的元素的迭代器位置 multimap对象 返回底层搜索树中序的第一个值为key的元素的迭代器
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