🎇C++学习历程:进阶
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💐 🌸 🌷 🍀 🌹
💐 1. 关联式容器
在初阶阶段,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。
💐 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。比如:现在要建立一个英汉互译的字典,那该字典中必然
有英文单词与其对应的中文含义,而且,英文单词与其中文含义是一一对应的关系,即通过该应
该单词,在词典中就可以找到与其对应的中文含义。
- 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)
{}
};
💐 3. 树形结构的关联式容器
根据应用场景的不桶,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。
🌹 3.1 set
🌷 3.1.1 set的介绍
set的文档介绍
- 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:
- 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。
- 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(因此可以使用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中的元素默认按照小于来比较
- set中查找某个元素,时间复杂度为: l o g 2 n log_2 n log2n
- set中的元素不允许修改(为什么?)
- set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。
关于set元素的不可直接更改 set的元素类型和比较函数(或者函数对象)是可以配置的,但是一旦配置就不能更改。 set的元素类型不可更改是很自然的,这本就是模板的天然含义。 set的比较函数虽然可以得到,但是得到的是copy,不是引用或者指针,所以不能修改(修改比较函数对象的参数)。
🌷 3.1.2 set的使用
- 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
- set的构造
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator&= Allocator() ); | 构造空的set |
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() ); | 用[first, last)区间中的元素构造set |
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x); | set的拷贝构造 |
- set的迭代器
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
iterator begin() | 返回set中起始位置元素的迭代器 |
iterator end() | 返回set中最后一个元素后面的迭代器 |
const_iterator cbegin() const | 返回set中起始位置元素的const迭代器 |
const_iterator cend() 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 |
reverse_iterator rend() | 返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器,即rbegin |
const_reverse_iterator crbegin() const | 返回set第一个元素的反向const迭代器,即cend |
const_reverse_iterator crend() const | 返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器,即crbegin |
- set的容量
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
bool empty ( ) const | 检测set是否为空,空返回true,否则返回true |
size_type size() const | 返回set中有效元素的个数 |
- set修改操作
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x ) | 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> |
void erase ( iterator position ) | 删除set中position位置上的元素 |
size_type erase ( const key_type& x ) | 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 |
void swap ( set<Key,Compare,Allocator>& st ); | 交换set中的元素 |
void clear ( ) | 将set中的元素清空 |
iterator find ( const key_type& x ) const | 返回set中值为x的元素的位置 |
size_type count ( const key_type& x ) const | 返回set中值为x的元素的个数 |
- set的使用举例
int main()
{
set<int> s;
//插入元素(自动去重)
s.insert(1);
s.insert(4);
s.insert(3);
s.insert(3);
s.insert(2);
s.insert(2);
s.insert(3);
//遍历容器
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//查找元素
set<int>::iterator pos = s.find(3);
//删除元素
s.erase(pos);// 删除元素3
s.erase(4);
//容器大小
cout << s.size() << endl;
//清空容器
s.clear();
//容器判空
cout << s.empty() << endl;
//交换两个容器的数据
set<int> tmp{ 10, 20, 30, 40 };
s.swap(tmp);
//容器中值为2的元素个数
cout << s.count(2) << endl;
cout << endl;
}
🌹3.2 map
🌷3.2.1 map的介绍
map的文档介绍
- 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<const key, T> 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))。
🌷3.2.2 map的使用
- 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。
- map的构造
函数声明 | 功能介绍 |
---|---|
map() | 构造一个空的map |
- 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 |
cbegin()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 |
- map的容量与元素访问
函数声明 | 功能简介 |
---|---|
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中有效元素的个数 |
mapped_type& operator[] (const key_type& k) | 返回去key对应的value |
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。
- map中元素的修改
函数声明 | 功能简介 |
---|---|
pair<iterator,bool> insert ( const value_type& x ) | 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 |
void erase ( iterator position ) | 删除position位置上的元素 |
size_type erase ( const key_type& x ) | 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<Key,T,Compare,Allocator>& mp ) | 交换两个map中的元素 |
void clear ( ) | 将map中的元素清空 |
iterator find ( const key_type& x) | 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& x ) const | 在map中插入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cend |
size_type count ( const key_type& x ) const | 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 |
- map的使用举例
#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;
}
【总结】
- map中的的元素是键值对
- 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的底层为平衡搜索树(红黑树),查找效率比较高 O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
- 支持[]操作符,operator[]中实际进行插入查找。
🌹3.3 multiset
🌷3.3.1 multiset的介绍
multiset的文档介绍
- 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:
- multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对
- mtltiset的插入接口中只需要插入即可
- 与set的区别是,multiset中的元素可以重复,set是中value是唯一的
- 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历,可以得到有序的序列
- multiset中的元素不能修改
- 在multiset中找某个元素,时间复杂度为 O ( l o g 2 N ) O(log_2 N) O(log2N)
- multiset的作用:可以对元素进行排序
🌷3.3.2 multiset的使用
此处只简单演示set与multiset的不同,其他接口接口与set相同,可参考set。
#include <set>
void TestSet()
{
int array[] = { 2, 1, 3, 9, 6, 0, 5, 8, 4, 7 };
// 注意:multiset在底层实际存储的是<int, int>的键值对
multiset<int> s(array, array + sizeof(array)/sizeof(array[0]));
for (auto& e : s)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}
🌹3.4 multimap
🌷 3.4.1 multimap的介绍
multimap文档介绍
- Multimaps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。 - 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;
- 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。 - 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)来实现。
🌷3.4.2 multimap的使用
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(同学们可思考下为什么?)。
- 使用时与map包含的头文件相同:
🌹 3.5 在OJ中的使用
🌷前K个高频单词
前K个高频单词
- 解题思路
- 代码演示
class Solution {
public:
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
//统计次数
map<string,int> CountMap;
for(auto& e : words)
CountMap[e]++;
//排序
multimap<int,string,greater<int>> sortMap;
for(auto &kv : CountMap)
sortMap.insert(make_pair(kv.second,kv.first));
vector<string> v;
multimap<int,string,greater<int>> :: iterator it = sortMap.begin();
for(size_t i = 0;i < k;i++)
{
v.push_back(it -> second);
++it;
}
return v;
}
};
🌷 两个数的交集
两个数的交集
- 解题思路
创建两个指针,相等就是子集,不等就小的++。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-796581.html
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-796581.html
- 代码演示
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
auto it1 = s1.begin();
auto it2 = s2.begin();
vector<int> v;
while(it1 != s1.end() && it2 != s2.end())
{
if(*it1 < *it2)
++it1;
else if(*it2 < *it1)
++it2;
else
{
v.push_back(*it1);
++it1;
++it2;
}
}
return v;
}
};
到了这里,关于【C++进阶】map和set( 万字详解)—— 上篇的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!