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1. 关联式容器

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。

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。

3.1 set

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在底层是用二叉搜索树(红黑树)实现的。

注意：

1. set中插入元素时，只需要插入value即可，不需要构造键值对。

2. set中的元素不可以重复(因此可以使用set进行去重)。

3. 使用set的迭代器遍历set中的元素，可以得到有序序列。

4. set中的元素默认按照小于来比较。

5.set中查找某个元素，时间复杂度为O( $log_2 n$ )。

6. set中的元素不允许修改。

3.1.1 set的使用

1. set的模板参数列表

T: set中存放元素的类型。

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

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

3. set的迭代器

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

4. 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

5. 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
iterator lower_bound (const value_type& val) const;	用于查找容器中第一个不小于（≥）给定值 `val` 的元素，并返回指向该元素的迭代器。
iterator upper_bound (const value_type& val) const;	返回指向容器中第一个大于（>）给定值 `val` 的元素的迭代器
pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const;	形成一个表示所有等于 `val` 的元素范围的迭代器对（`pair`）。

6. set的使用举例

void test_set1()
{
    // 排序+去重
    // 去重原理：一个值已经有了，我们就不插入
    set<int> s;
    s.insert(3);
    s.insert(2);
    s.insert(4);
    s.insert(5);
    s.insert(1);
    s.insert(5);
    s.insert(2);
    s.insert(5);

    set<int>::iterator it = s.begin();
    while (it != s.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;

    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    auto pos = s.find(3);  // O(logN)
    //auto pos = find(s.begin(), s.end(), 3); // O(N) 算法库里的find算法
    if (pos != s.end())
        s.erase(pos);

    s.erase(30);//不存在的值 删除无任何响应

    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test_set2()
{
    std::set<int> myset;
    std::set<int>::iterator itlow, itup;

    for (int i = 1; i < 10; i++)
        myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    myset.insert(35);

     //删除[30 60]
    itlow = myset.lower_bound(30);                // >=    30 
    itup = myset.upper_bound(60);                 // >     70

    //[30,70) 迭代器区间都是左闭右开
    myset.erase(itlow, itup);                     // 10 20 70 80 90

    for (auto e : myset)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
   
}

void test_set3()
{
    set<int> myset;
    set<int>::iterator itlow, itup;

    for (int i = 1; i < 10; i++)
        myset.insert(i * 10); // 10 20 30 40 50 60 70 80 90

    myset.insert(35);

    //找到只包含值为30的迭代器区间 这里是[30，35）
    pair<set<int>::const_iterator, set<int>::const_iterator> ret= myset.equal_range(30);
    itlow = ret.first;
    itup = ret.second;
    cout << *itlow << endl;  //30
    cout << *itup << endl;   //35

    myset.erase(itlow, itup);                     

    for (auto e : myset)   //10 20 35 40 50 60 70 80 90
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

3.2 multiset

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. multiset底层结构为二叉搜索树(红黑树)。

注意：

1. multiset中再底层中存储的是<value, value>的键值对。

2. mtltiset的插入接口中只需要插入即可，即不会插入失败。

3. 与set的区别是，multiset中的元素可以重复，set是中value是唯一的

4. 使用迭代器对multiset中的元素进行遍历，可以得到有序的序列

5. multiset中的元素不能修改

6. 在multiset中找某个元素，时间复杂度为 $O(log_2 N)$

7. multiset的作用：可以对元素进行排序

3.2.1multiset的使用

multiset的接口与set的接口相同，可以参照前面的set。

其中count()接口对multiset比较有意义，因为multiset不去重。而set的count接口只有两种可能0或者1。

void test_multiset1()
{
    // 排序
    multiset<int> s;
    s.insert(3);
    s.insert(5);
    s.insert(8);
    s.insert(7);
    s.insert(7);
    s.insert(9);
    s.insert(7);

    multiset<int>::iterator it = s.begin();
    //3 5 7 7 7 8 9
    while (it != s.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;
  

    // 返回中序第一个7
    multiset<int>::iterator pos = s.find(7);
    s.erase(pos);
    //3 5 7 7 8 9
    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;

    cout << s.count(7) << endl; //2

}

void test_multiset2()
{
    multiset<int> s;
    s.insert(3);
    s.insert(5);
    s.insert(8);
    s.insert(7);
    s.insert(7);
    s.insert(9);
    s.insert(7);

    auto ret = s.equal_range(7);
    auto itlow = ret.first;
    auto itup = ret.second;

    cout << *itlow << endl;  //7
    cout << *itup << endl;   //8

    s.erase(itlow, itup);                   
    //3 5 8 9
    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test_multiset2()
{
    multiset<int> s;
    s.insert(3);
    s.insert(5);
    s.insert(8);
    s.insert(7);
    s.insert(7);
    s.insert(9);
    s.insert(7);

    auto ret = s.equal_range(6);
    auto itlow = ret.first;
    auto itup = ret.second;

    cout << *itlow << endl;  //7
    cout << *itup << endl;   //7

    //[7,7)不存在的区间，不会进行删除
    s.erase(itlow, itup);                   
    //3 5 7 7 7 8 9
    for (auto e : s)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

3.3map

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))。

3.3.1map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。

2. map的构造

函数声明	功能介绍
map (const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	构造一个空的map
map (InputIterator first, InputIterator last, const key_compare& comp = key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());	用[first, last)区间中的元素构造 map
map (const map& x);	拷贝构造

3. map的迭代器

函数声明	功能介绍
iterator begin();	返回map中起始位置元素的迭代器
iterator end();	返回map中最后一个元素后面的迭代器

4. map的容量与元素访问

函数声明	功能介绍
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

5. map中元素的修改

函数声明	功能介绍
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中查找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
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
iterator lower_bound (const key_type& k);	是返回指向容器中第一个键（key）不小于（≥）给定键 `k` 的元素的迭代器。
iterator upper_bound (const key_type& k);	返回指向容器中第一个键（key）严格大于（>）给定键 `k` 的元素的迭代器。
pair<const_iterator,const_iterator> equal_range (const key_type& k) const;	用于获取容器中所有键（key）等于 `k` 的元素范围，返回一个包含两个 const 迭代器的 `pair` 对象。

6. map的使用举例

void test_map1()
{
    map<string, string> dict;

    pair<string, string> kv1("insert", "插入");
    dict.insert(kv1);

    dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序"));

    // C++98
    dict.insert(make_pair("string", "字符串"));

    // C++11 多参数的构造函数隐式类型转换
    dict.insert({ "string", "字符串" });

}

void test_map2()
{
    map<string, string> dict;
    dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
    dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
    dict.insert(make_pair("insert", "插入"));

    // 不插入，不覆盖；插入过程中，只比较key，value是相同无所谓
    // key已经有了就不插入了
    dict.insert(make_pair("insert", "xxxx"));

   
    //map<string, string>::iterator it = dict.begin();
    auto it = dict.begin();
    while (it != dict.end())
    {
        //it->first = "xxx"; //键不允许修改
        //it->second = "xxx"; //值允许修改

        //cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;
        cout << it->first << ":" << it->second << endl;

        ++it;
    }
    cout << endl;

    for (const auto& kv : dict)
    {
        cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
    }
}

void test_map3()
{
	// 统计次数
	string arr[] = { "西瓜", "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 e : arr)
	//{
	//	auto it = countMap.find(e);
	//	if (it == countMap.end())
	//	{
	//		countMap.insert(make_pair(e, 1));
	//	}
	//	else
	//	{
	//		it->second++;
	//	}
	//}

    //使用operator[]更香
	for (auto e : arr)
	{
		countMap[e]++;
	}

	for (const auto& kv : countMap)
	{
		cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
	}
}

void test_map4()
{
    map<string, string> dict;
    dict.insert(make_pair("string", "字符串"));
    dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
    dict.insert(make_pair("insert", "插入"));


    //operator[]的原理是insert
    //(this->insert(make_pair(k,T()))).first) insert返回的是一个pair<iterator,bool>
    //return ((this->insert(make_pair(k,T()))).first)->second)

    cout << dict["sort"] << endl; // 查找和读
    dict["map"];                  // 插入
    dict["map"] = "映射,地图";     // 修改
    dict["insert"] = "xxx";       // 修改
    dict["set"] = "集合";         // 插入+修改
}

3.4multimap

1. 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。

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。

3.4.1multimap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。

int main() {
    // 创建一个存储 (课程编号, 学生姓名) 的 multimap
    std::multimap<int, std::string> course_students;

    // 插入数据：允许同一课程有多名学生
    course_students.insert({ 101, "Alice" });
    course_students.insert({ 101, "Bob" });
    course_students.insert({ 102, "Charlie" });
    course_students.insert({ 101, "David" });

    // 查找并输出 101 号课程的所有学生
    std::cout << "101 号课程的学生：" << std::endl;
    auto range = course_students.equal_range(101);
    for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
        std::cout << "  " << it->second << std::endl;
    }

    // 输出 101 号课程的学生数量
    std::cout << "101 号课程共有 " << course_students.count(101) << " 名学生" << std::endl;

    cout << course_students.count(101) << endl;
    //删除所有课号为101的记录
    course_students.erase(101);
    for (auto& kv : course_students)
    {
        cout << kv.first << ":" << kv.second<<endl;
    }

    return 0;
}

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