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STL——mapmultimap和setmultiset

news 2025/8/4 21:48:28

一、关联式容器

与序列式容器相同，关联式容器也是用于存储数据的，不同的是，关联式容器里存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。

二、键值对

用来表示具有一一对应的一种结构，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) {}
};

三、树形结构的关联式容器

根据应用场景的不同，STL总共实现了两种不同结构的关联式容器：树形结构和哈希结构。

树形结构的关联式容器主要有四种：map、set、multimap、multiset，这种四种容器的共同点是：使用平衡搜索树（红黑树）作为其底层结构，容器中的元素是一个有序的序列。

四、map

1.map文档介绍

（1）map是关联式容器，它按照特定的次序（按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value的类型可能不同，并且在map内部，key与value通过成员类型value_type绑定在一起，为其取别名称pair：typedef pair value_type。

（3）在内部，map中的元素总是按照键值key进行比较排序。

（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））。

2.map的使用

2.1 map的模板参数列表

template <class Key,                                 //map::key_typeclass T,                                   //map::mapped_typeclass Compare = less<Key>,                 //map::key_compareclass Alloc = allocator<pair<const Key, T>>//map::allocator_type
> class map;

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），需要用户自己显示传递比较规则（一般情况下按照函数指针或仿函数来传递）；

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。

2.2 map的构造

2.3 map的迭代器

2.4 map的容量与元素访问

当key不存在时，通过operator获取对应value时会发生什么？

当key不存在时，operator[]会使用默认的value和key构造键值对然后插入map中，并返回该默认的value。

元素访问操作at()，其key不存在时，会发生什么？

该函数也是通过key找到与之对应的value，然后返回其引用。与operator[]不同的是，当key1不存在时，at()函数会直接抛异常。

2.5 map中元素的修改

2.6 map总结

（1）map中的元素是键值对；

（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），查找效率较高，为O( $log_{2}^{N}$ )；

（6）map支持[]操作符，operator[]中实际进行插入查找。

五、multimap

1. multimap文档介绍

（1）multimap是关联式容器，它按照特定顺序，存储由key和value组成的键值对<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排序和唯一的标识元素，而映射的value存储与key关联。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中的元素总数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。

（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有序序列。

（5）multimap在底层使用的是二叉搜索树（红黑树）来实现。

注意：

multimap与map的唯一不同就是：map的key是唯一的，而multimap的key是可以重复的。

2. multimap的使用

multimap的功能与map类似，其接口可以参考map使用。唯一区别就是multimap的key可以重复，所以multimap也没有实现重载operator[]操作。

六、set

1.set文档介绍

（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必须唯一。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底层采用的是二叉搜索树（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中只存放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中元素不可以重复（因此可以使用set去重）。

（4）使用set迭代器遍历set中元素时，可以得到有序序列。

（5）set中的元素默认按照小于来比较（升序）。

（6）set中查找某个元素时，时间复杂度为 $log_{2}^{n}$

（7）set中的元素不允许修改。

（8）set中的底层是使用二叉搜索树（红黑树）来实现。

2.set的使用

2.1 set模板参数列表

template < class T,                        // set::key_type/value_typeclass Compare = less<T>,        // set::key_compare/value_compareclass Alloc = allocator<T>      // set::allocator_type> class set;

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。