树形结构关联式容器

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树形结构关联式容器

目录

• 关联式容器
• 键值对
• 树形结构的关联式容器
• • set介绍
  • set使用
  • map介绍
  • map使用
  • multiset使用
  • multimap使用

关联式容器

之前讲解的STL部分容器，如：vector、list、deque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。
本文主要讲解关联式容器，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。

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。

树形结构的关联式容器

根据应用场景不同，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。

set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： l o g 2 n log_2 n log2​n
7. set中的元素不允许修改
8. set中的底层使用二叉搜索树(红黑树)来实现。

set使用

需要引入头文件

#include<set>

• 创建一个空的set

	set<int> s;

• 利用迭代器空间创建一个有值的set（默认递增）

	//利用迭代器空间创建一个有值的setint arr[] = { 1,2,3,4,4 };//由于set里面不存放重复数据，因此只能存储4个元素：1，2，3，4//天然去重set<int> s2(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));

• 利用迭代器空间创建一个有值的set（实现递减）

	//利用迭代器空间创建一个有值的set，递减顺序#include<functional>int arr[] = { 10，2,3,4,1 };set<int, greater<int>> s2(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));

• 正向遍历（递增顺序）：利用正向迭代器，set迭代器不支持修改操作

	//获取迭代器//set迭代器遍历，数据天然有序(递增)：本质迭代器进行中序遍历set<int>::iterator it = s2.begin();while (it != s2.end()){cout << *it << " ";//set迭代器不支持修改，因为底层是二叉搜索树，不能随意修改。++it;}cout << endl;

• 反向遍历（递减顺序）：利用反向迭代器

	//反向遍历：递减set<int>::reverse_iterator rit = s2.rbegin();while (rit != s2.rend()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;

• insert:插入失败：已有数据迭代器，false
• insert:插入成功：新数据迭代器，true

	//insert:插入失败：已有数据迭代器，falsepair<set<int>::iterator, bool> ret = s2.insert(2);cout << ret.second << " " << *ret.first << endl;//insert:插入成功：新数据迭代器，trueret = s2.insert(100);cout << ret.second << " " << *ret.first << endl;

• erase()：可以传入值，和迭代器位置/区间。不能传入非法位置，比如end

	s2.erase(1);s2.erase(s2.begin());

• find()接口：有返回值，如果查询的值存在，则返回该迭代器位置，如果不存在返回end位置

	auto it = s2.find(12);cout << (it != s2.end()) << endl;it = s2.find(3);cout << (it != s2.end()) << endl;

• count()：有返回值，返回值为查询值的个数，由于set里面的值不重复，因此返回值只有0或者1。

	cout << s2.count(3) << endl;cout << s2.count(12) << endl;

map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))。

map使用

• 需要引入头文件

#include<map>

• 构造一个空的map

	map<int, int> m;

• 构造带值的map：通过迭代器构建，迭代器需要pair类型（包含key和value）

	//创建了一个pair类型数组，里面有四个pair类型对象pair<int, int> arr[] = { pair<int, int>(5, 5), pair<int, int>(1, 2),pair<int, int>(3,3), pair<int, int>(0,0) };//map中key不能重复，value可以重复map<int, int> m2(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));printMap(m2);printMap_r(m2);

其中map迭代器正向遍历（递增）输出实现如下：
不能直接解引用，而是通过指针指向输出值

template <class T1, class T2>
void printMap(const map<T1, T2>& m)
{//map中数据是pair//迭代器访问的顺序：按照key的中序遍历的顺序typename map<T1, T2>::const_iterator it = m.begin();while (it != m.end()){//不能直接输出pair对象cout << it->first << "-->" << it->second << endl;++it;}
}

其中map迭代器反向遍历（递减）输出实现如下：

template <class T1, class T2>
void printMap_r(const map<T1, T2>& m)
{//map中数据是pair//迭代器访问的顺序：按照key的中序遍历的顺序typename map<T1, T2>::const_reverse_iterator it = m.rbegin();while (it != m.rend()){//不能直接输出pair对象cout << it->first << "-->" << it->second << endl;++it;}
}

通过传入greater参数实现递减排序

	//通过传入greater参数实现递减排序map<int, int, greater<int>> m3(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));for (auto& p : m3){//范围for拿出来的p是已经进行过解引用了，因此使用.cout << p.first << "-->" << p.second << endl;}

• [ ]：传入key值可以对key值对应的value进行读取以及修改
  如果key值不存在，则创建key值value为缺省值
  如果key值存在，则返回该key值对应的value值

	//对key值为1的value进行输出cout << m2[1] << endl;对key值为1的value进行修改m2[1] = 100;cout << m2[1] << endl;

operator[]：内部过程

1. 创建一个pair对象，内容：k—value缺省值
2. 插入第一步创建的pair对象
   a.插入成功：返回pair《pair对象的迭代器，true>
   b.插入失败：返回pair<已经存在的键值为k的pair对象迭代器，false>
3. 获取插入返回值的first成员：是一个map中pair对象的迭代器
4. 解引用第三步中的迭代器：解引用之后为map中的pair对象
5. 获取第四步中的pair对象的second成员：其实就是k对应的v：
   a.如果插入成功：v是缺省值
   b.如果插入失败：v是之前已存在的值

• at接口和operator[]区别：at执行插入的操作，如果key不存在，抛异常

	//at接口和operator[]区别：at执行插入的操作，如果key不存在，抛异常cout << m2.at(1000) << endl;

• 两种常见的插入方式

1. 调用pair构造函数创建对象
2. 调用make_pair函数创建对象

	//两种常见的插入方式：map<int, int> m3;//1.调用pair构造函数创建对象auto ret = m.insert(pair<int, int>(1, 1));//ret是一个pair类型对象，该pair类型里面包含一个迭代器和bool值（插入成功或者失败）// 第一个.first是调出迭代器，第二个->first是调出key值cout << ret.first->first << "-->" << ret.first->second << ret.second << endl;//2.调用make_pair函数创建对象ret = m.insert(make_pair(2, 2));

• erase()：删除，返回值为返回删除个数，由于key值不能重复，因此返回只有0或1

	size_t num = m.erase(2);

• find()：查找操作

	//查找按照key值查找auto it = m.find(1);cout << it->first << "-->" << it->second << endl;//查找失败，返回end迭代器it = m.find(222);cout << (it == m.end()) << endl;

multiset使用

• multiset：可以存放重复的数据。set去重

	int arr[] = { 1,10,2,5,3,33,12,44,32,2,2,1 };//multiset：可以存放重复的数据multiset<int> s(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));for (auto& e : s){cout << e << " ";}cout << endl;

其他接口类似。

multimap使用

• multimap：key和value都可以重复

	multimap<int, int> m;m.insert(make_pair(10, 10));m.insert(make_pair(10, 11));m.insert(make_pair(10, 122));m.insert(make_pair(11, 10));m.insert(make_pair(10, 10));for (auto& p : m){cout << p.first << "-->" << p.second << endl;}

注意：multimap没有[ ]的操作，因为key值可以重复，没有唯一性，不知道给哪个key赋值。