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后记：●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
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文档介绍链接：set - C++ Reference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 N7. set中的元素不允许修改(为什么?)8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现
3.1.2 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修改操作
6. set的使用举例
#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; }
3.2 map
3.2.1 map的介绍
map的文档简介链接：map - C++ Reference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))。
3.2.2 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。
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。函数声明功能简介
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", "桃子")); 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】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(log_2 N)$6. 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文档介绍链接：multiset - C++ Reference[翻译]：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
3.3.2 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，同学们可参考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文档介绍链接：multimap - C++ Reference翻译：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。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。
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：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(同学们可思考下为什么?)。4. 使用时与map包含的头文件相同：
3.5 在OJ中的使用
1.前K个高频单词
class Solution { public: class Compare { public: // 在set中进行排序时的比较规则 bool operator()(const pair<string, int>& left, const pair<string, int>& right) { return left.second > right.second; } }; vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) { // 用<单词，单词出现次数>构建键值对，然后将vector中的单词放进去，统计每个单词出现的次数 map<string, int> m; for (size_t i = 0; i < words.size(); ++i) ++(m[words[i]]); // 将单词按照其出现次数进行排序，出现相同次数的单词集中在一块 multiset<pair<string, int>, Compare> ms(m.begin(), m.end()); // 将相同次数的单词放在set中，然后再放到vector中 set<string> s; size_t count = 0; // 统计相同次数单词的个数 size_t leftCount = k; vector<string> ret; for (auto& e : ms) { if (!s.empty()) { // 相同次数的单词已经全部放到set中 if (count != e.second) { if (s.size() < leftCount) { ret.insert(ret.end(), s.begin(), s.end()); leftCount -= s.size(); s.clear(); } else { break; } } } count = e.second; s.insert(e.first); } for (auto& e : s) { if (0 == leftCount) break; ret.push_back(e); leftCount--; } return ret; } };// //写法1： // class Solution // { // public: // typedef map<string, int>::iterator CountIter; // struct IterCompare // { // bool operator()(CountIter it1, CountIter it2) // { // return it1->second > it2->second; // } // }; // vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) // { // map<string, int> countMap; // for (auto& str : words) // { // countMap[str]++; // } // //排序 // //vector<pair<string, int>> v; // vector<CountIter> v; // CountIter it = countMap.begin(); // while (it != countMap.end()) // { // cout << it->first << ":" << it->second << endl; // v.push_back(it); // ++it; // } // cout << "--------------------------------" << endl; // //sort(v.begin(), v.end(), IterCompare()); // stable_sort(v.begin(), v.end(), IterCompare()); // vector<string> ret; // for (size_t i = 0; i < k; ++i) // { // cout << v[i]->first << ":" << v[i]->second << endl; // ret.push_back(v[i]->first); // } // return ret; // } // }; // //写法2： // class Solution // { // public: // typedef map<string, int>::iterator CountIter; // struct IterCompare // { // /*bool operator()(CountIter it1, CountIter it2) // { // return it1->second > it2->second; // }*/ // //强行控制次数相等字符串顺序 // bool operator()(CountIter it1, CountIter it2) // { // return it1->second > it2->second // || (it1->second == it2->second && it1->first < it2->first); // } // }; // vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) // { // map<string, int> countMap; // for (auto& str : words) // { // countMap[str]++; // } // //排序 // //vector<pair<string, int>> v; // vector<CountIter> v; // CountIter it = countMap.begin(); // while (it != countMap.end()) // { // cout << it->first << ":" << it->second << endl; // v.push_back(it); // ++it; // } // cout << "--------------------------------" << endl; // //sort(v.begin(), v.end(), IterCompare()); // stable_sort(v.begin(), v.end(), IterCompare()); // vector<string> ret; // for (size_t i = 0; i < k; ++i) // { // cout << v[i]->first << ":" << v[i]->second << endl; // ret.push_back(v[i]->first); // } // return ret; // } // }; //写法3： class Solution { public: vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) { map<string, int> countMap; for (auto& str : words) { countMap[str]++; } //排序 multimap<int, string, greater<int>> sortMap; for (auto& kv : countMap) { sortMap.insert(make_pair(kv.second, kv.first)); } vector<string> ret; auto it = sortMap.begin(); for (size_t i = 0; i < k; ++i) { ret.push_back(it->second); ++it; } return ret; } };2.两个数组的交集I
class Solution { public: vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) { // 先去重 set<int> s1; for (auto e : nums1) { s1.insert(e); } set<int> s2; for (auto e : nums2) { s2.insert(e); } // set排过序，依次比较，小的一定不是交集，相等的是交集 auto it1 = s1.begin(); auto it2 = s2.begin(); vector<int> ret; while (it1 != s1.end() && it2 != s2.end()) { if (*it1 < *it2) { it1++; } else if (*it2 < *it1) { it2++; } else { ret.push_back(*it1); it1++; it2++; } } return ret; } };class Solution { public: vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) { //去重 set<int> s1; for (auto e : nums1) { s1.insert(e); } //去重 set<int> s2; for (auto e : nums2) { s2.insert(e); } vector<int> v; N*logN //for (auto e1 : s1) //{ // if (s2.count(e1)) // v.push_back(e1); //} //O(N) auto it1 = s1.begin(); auto it2 = s2.begin(); while (it1 != s1.end() && it2 != s2.end()) { if (*it1 < *it2) { ++it1; } else if (*it1 > *it2) { ++it2; } else { v.push_back(*it1); ++it1; ++it2; } } return v; } };
4.map和set常用函数接口使用测试：
4.1 map使用测试：
#include<iostream> #include<map> using namespace std; void test_map1() { map<string, string> dict; dict.insert(pair<string, string>("sort", "排序")); //写法1 pair<string, string> kv("left", "左边"); dict.insert(kv); //写法2 //写法1、写法2是去调用pair的构造函数 //写法3是make_pair是函数模板，不需要声明参数 dict.insert(make_pair("right", "右边")); //写法3 } void test_map2() { map<string, string> dict; //make_pair是函数模板，不需要声明参数 dict.insert(make_pair("right", "右边")); dict.insert(make_pair("sort", "排序")); dict.insert(make_pair("left", "左边")); //map<string, string>::iterator it = dict.begin(); auto it = dict.begin(); while (it != dict.end()) { //cout << *it << " "; //it->operator*() err 无法接收返回两个值，而使用pair将两个值打包 //cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl; cout << it->first << ":" << it->second << endl; //库里重载了"->",因为迭代器模拟的是指针 ++it; } cout << endl; //范围for遍历 for (const auto& kv : dict) { cout << kv.first << ":" << kv.second << endl; } cout << endl; } void test_map3() { // 统计水果出现的次数 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) { //写法1; /*map<string, int> ::iterator it = countMap.find(str); if (it != countMap.end()) { it->second++; } else { countMap.insert(make_pair(str, 1)); }*/ 写法2： //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++; //} //写法3： /*mapped_type& operator[](const key_type& k) { return (*((this->insert(make_pair(k, mapped_type()))).first)).second; 即：pair<iterator,bool> ret=insert(make_pair(k,mapped_type())); //return(*(ret.first)).second; return ret.first->second; }*/ } for (const auto& kv : countMap) { cout << kv.first << ":" << kv.second << endl; } } int main() { //test_map1(); //test_map2(); test_map3(); return 0; }
4.2 set使用测试：
#include<iostream> #include<set> using namespace std; set测试 //void test_set1() //{ // set<int> s; // s.insert(6); // s.insert(9); // s.insert(4); // s.insert(1); // s.insert(1); // s.insert(5); // // //set：排序+去重 // set<int>::iterator it = s.begin(); // while (it != s.end()) // { // cout << *it << " "; // ++it; // } // cout << endl; // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // cout << endl; //} //void test_set2() //{ // set<int> s; // s.insert(6); // s.insert(9); // s.insert(4); // s.insert(1); // s.insert(1); // s.insert(5); // // //set：排序+去重 // set<int>::iterator pos = s.find(9); //O(logN) // if (pos != s.end()) // { // cout << "set::find:找到了" << endl; // } // pos = find(s.begin(), s.end(), 6); //O（N) // if (pos != s.end()) // { // cout << "std::find:找到了" << endl; // } //} //void test_set3() //{ // set<int> s; // s.insert(6); // s.insert(9); // s.insert(4); // s.insert(1); // s.insert(1); // s.insert(5); // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // cout << endl; // //s.erase(5); // //s.erase(7); // cout << s.erase(5) << endl; // cout << s.erase(20) << endl; // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // /*int x; // while (cin >> x) // { // set<int>::iterator pos = s.find(x); // if (pos != s.end()) // { // s.erase(pos); // cout << "删除" << x << "成功" << endl; // } // else // { // cout << x << "不在set中!" << endl; // } // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // cout << endl; // }*/ // // //} //void test_set4() //{ // set<int> s; // s.insert(6); // s.insert(9); // s.insert(4); // s.insert(1); // s.insert(1); // s.insert(5); // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // cout << endl; // //返回>=val的位置的迭代器 // /*set<int>::iterator lowIt = s.lower_bound(5); // lowIt = s.lower_bound(2);*/ // // //要求删除>=x的所有值 // int x; // cin >> x; // set<int>::iterator lowIt = s.lower_bound(x); // s.erase(lowIt, s.end()); // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // //} //void test_set5() //{ // set<int> s; // s.insert(6); // s.insert(9); // s.insert(4); // s.insert(1); // s.insert(1); // s.insert(5); // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } // cout << endl; // //返回>val的位置的迭代器 // /*set<int>::iterator upIt = s.upper_bound(5); // upIt = s.upper_bound(2);*/ // // 要求删除>x的所有值 // //int x; // //cin >> x; // //set<int>::iterator upIt = s.upper_bound(x); // //s.erase(upIt, s.end()); // //for (auto e : s) // //{ // // cout << e << " "; // //} // // //要求删除x<= [] <=y的区间 // int x, y; // cin >> x >> y; // auto leftIt = s.lower_bound(x); // auto rightIt = s.upper_bound(y); // s.erase(leftIt, rightIt); // for (auto e : s) // { // cout << e << " "; // } //} //int main() //{ // //test_set1(); // //test_set2(); // //test_set3(); // //test_set4(); // test_set5(); // // // return 0; //} / //multiset测试 //只排序 void test_multiset1() { multiset<int> s; s.insert(9); s.insert(6); s.insert(5); s.insert(7); s.insert(3); s.insert(3); s.insert(3); multiset<int>::iterator it = s.begin(); while (it != s.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } int main() { test_multiset1(); return 0; }
后记：
●由于作者水平有限，文章难免存在谬误之处，敬请读者斧正，俚语成篇，恳望指教！
——By 作者：新晓·故知
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