6、C++ STL: map/multimap和unordered_map容器

声明：本文是在学习C++ STL–标准模板库的笔记，方便以后复习；主要参考《C++ Prime》、《C++标准库》、《黑马程序员匠心之作|C++教程从0到1入门编程》等。

map/multimap和unordered_map容器

map基本概念

简介：

• map中所有元素都是pair
• pair中第一个元素为key（键值），起到索引作用，第二个元素为value（实值）
• 所有元素都会根据元素的键值自动排序

本质：

• map/multimap属于关联式容器，底层结构是基于红黑树实现。

优点：

• 可以根据key值快速找到value值

map和multimap区别：

• map不允许容器中有重复key值元素
• multimap允许容器中有重复key值元素

map构造和赋值

使用map前要包含头文件：

#include <map>

功能描述：

• 对map容器进行构造和赋值操作

函数原型：

构造：

• map<T1, T2> mp; //map默认构造函数:
• map(const map &mp); //拷贝构造函数

赋值：

• map& operator=(const map &mp); //重载等号操作符

示例：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
    
    
	map<int,int>m; //默认构造
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));
	printMap(m);

	map<int, int>m2(m); //拷贝构造
	printMap(m2);

	map<int, int>m3;
	m3 = m2; //赋值
	printMap(m3);
}

int main() {
    
    

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

输出：

key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30

key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30

key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30

总结： map中所有元素都是成对出现，插入数据时候要使用对组

map大小和交换

功能描述：

• 统计map容器大小以及交换map容器

函数原型：

• size(); //返回容器中元素的数目
• empty(); //判断容器是否为空
• swap(st); //交换两个集合容器

示例：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
    
    
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	if (m.empty())
	{
    
    
		cout << "m为空" << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "m不为空" << endl;
		cout << "m的大小为： " << m.size() << endl;
	}
}


//交换
void test02()
{
    
    
	map<int, int>m;
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	map<int, int>m2;
	m2.insert(pair<int, int>(4, 100));
	m2.insert(pair<int, int>(5, 200));
	m2.insert(pair<int, int>(6, 300));

	cout << "交换前" << endl;
	printMap(m);
	printMap(m2);

	cout << "交换后" << endl;
	m.swap(m2);
	printMap(m);
	printMap(m2);
}

int main() {
    
    

	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

输出：

m不为空
m的大小为： 3
交换前
key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30

key = 4 value = 100
key = 5 value = 200
key = 6 value = 300

交换后
key = 4 value = 100
key = 5 value = 200
key = 6 value = 300

key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30

总结：

• 统计大小 — size
• 判断是否为空 — empty
• 交换容器 — swap

map插入和删除

功能描述：

• map容器进行插入数据和删除数据

函数原型：

• insert(elem); //在容器中插入元素。
• clear(); //清除所有元素
• erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素，返回下一个元素的迭代器。
• erase(beg, end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ，返回下一个元素的迭代器。
• erase(key); //删除容器中值为key的元素。

示例：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

void printMap(map<int,int>&m)
{
    
    
	for (map<int, int>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++)
	{
    
    
		cout << "key = " << it->first << " value = " << it->second << endl;
	}
	cout << endl;
}

void test01()
{
    
    
	//插入
	map<int, int> m;
	//第一种插入方式
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	//第二种插入方式
	m.insert(make_pair(2, 20));
	//第三种插入方式
	m.insert(map<int, int>::value_type(3, 30));
	//第四种插入方式
	m[4] = 40; 
	printMap(m);

	//删除
	m.erase(m.begin());
	printMap(m);

	m.erase(3);
	printMap(m);

	//清空
	m.erase(m.begin(),m.end());
	m.clear();
	printMap(m);
}

int main() {
    
    

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

输出：

key = 1 value = 10
key = 2 value = 20
key = 3 value = 30
key = 4 value = 40

key = 2 value = 20
key = 3 value = 30
key = 4 value = 40

key = 2 value = 20
key = 4 value = 40

总结：

• map插入方式很多，记住其一即可

• 插入 — insert
• 删除 — erase
• 清空 — clear

map查找和统计

功能描述：

• 对map容器进行查找数据以及统计数据

函数原型：

• find(key); //查找key是否存在,若存在，返回该键的元素的迭代器；若不存在，返回set.end();
• count(key); //统计key的元素个数

示例：

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

//查找和统计
void test01()
{
    
    
	map<int, int>m; 
	m.insert(pair<int, int>(1, 10));
	m.insert(pair<int, int>(2, 20));
	m.insert(pair<int, int>(3, 30));

	//查找
	map<int, int>::iterator pos = m.find(3);

	if (pos != m.end())
	{
    
    
		cout << "找到了元素 key = " << (*pos).first << " value = " << (*pos).second << endl;
	}
	else
	{
    
    
		cout << "未找到元素" << endl;
	}

	//统计
	int num = m.count(3);
	cout << "num = " << num << endl;
}

int main() {
    
    

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

输出：

找到了元素 key = 3 value = 30
num = 1

总结：

• 查找 — find （返回的是迭代器）
• 统计 — count （对于map，结果为0或者1）

map容器排序

学习目标：

• map容器默认排序规则为 按照key值进行 从小到大排序，掌握如何改变排序规则

主要技术点:

• 利用仿函数，可以改变排序规则

示例：

#include <map>

class MyCompare {
    
    
public:
	bool operator()(int v1, int v2) {
    
    
		return v1 > v2;
	}
};

void test01() 
{
    
    
	//默认从小到大排序
	//利用仿函数实现从大到小排序
	map<int, int, MyCompare> m;

	m.insert(make_pair(1, 10));
	m.insert(make_pair(2, 20));
	m.insert(make_pair(3, 30));
	m.insert(make_pair(4, 40));
	m.insert(make_pair(5, 50));

	for (map<int, int, MyCompare>::iterator it = m.begin(); it != m.end(); it++) {
    
    
		cout << "key:" << it->first << " value:" << it->second << endl;
	}
}
int main() {
    
    

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

输出：

key:5 value:50
key:4 value:40
key:3 value:30
key:2 value:20
key:1 value:1

总结：

• 利用仿函数可以指定map容器的排序规则
• 对于自定义数据类型，map必须要指定排序规则,同set容器

unordered_map的使用

map和unordered_map区别：

map的优点及缺点：

优点：
①、map基于红黑树实现，红黑树具有自动排序的功能，因此map内部所有的数据，在任何时候，都是有序的；
②、map内部实现基于红黑树，使得map的很多操作在lgn的时间复杂度下就可以实现，因此效率非常的高。
缺点：
空间占用率高，因为map内部基于红黑树，虽然提高了运行效率，但是因为每一个节点都需要额外保存父节点、孩子节点和红/黑性质，使得每一个节点都占用大量的空间。
应用场景：适用于有顺序要求的问题，使用map会更高效一些；

unordered_map的优点及缺点：

优点：
unordered_map内部基于哈希表，所以数据插入和查找的时间复杂度很低，几乎是常数时间

缺点:
代价是消耗比较多的内存，无自动排序功能。 底层实现上，使用一个下标范围比较大的数组来存储元素，形成很多的桶，利用hash函数对key进行映射到不同区域进行保存。
应用场景：对于查找问题，unordered_map会更加高效一些。

map和unordered_map的使用

unordered_map的用法和map是一样的，提供了 insert，size，count等操作，并且里面的元素也是以pair类型来存贮的。

#include<string>    
#include<iostream>  
#include<unordered_map>
using namespace std;

int main()
{
    
    
	// 声明unordered_map对象
	unordered_map<string, int>  M;

	// 插入数据的三种方式
	M.insert(pair<string, int>("A", 1));
	M.insert(unordered_map<string, int>::value_type("B", 2));
	M["C"] = 3;

	// 判断是否有元素
	if (M.empty())
		cout << "无元素" << endl;
	else
		cout << "有" << M.size() << "个元素" << endl;

	// 遍历
	unordered_map<string, int>::iterator iter;
	for (iter = M.begin(); iter != M.end(); iter++)
		cout << iter->first << ends << iter->second << endl;

	// 查找
	if (M.count("A") == 0)
		cout << "can't find A!" << endl;
	else
		cout << "find A!" << endl;

	if ((iter = M.find("B")) != M.end())
		cout << "B=" << iter->second << endl;
	else
		cout << "can't find B!" << endl;

	return 0;
}

输出：

有3个元素
A1
B2
C3
find A!
B=2

例：leetcode3.无重复字符的最长子串

给定一个字符串 s ，请你找出其中不含有重复字符的 最长子串 的长度。
示例 1:
输入: s = “abcabcbb”
输出: 3
解释: 因为无重复字符的最长子串是 “abc”，所以其长度为 3。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <string>
#include <unordered_map>

using namespace std;

class Solution
{
    
    
public:
    int lengthOfLongestSubstring(vector<char>& s)
    {
    
    
        int res = 0;         // res记录最长无重复子串的长度
        size_t left = 0;    // left表示最左边的位置
        unordered_map<char, size_t> m;   // 无序的哈希表
        for (int i = 0; i < s.size(); i++)
        {
    
    
            left = max(left, m[s[i]]);//left只能往前移动，不能后移
            m[s[i]] = i + 1;//更新字符对应的下标为：当前字符串最新出现该字符的下标
            res = max(res, int(i - left + 1)); //求出最大值
        }

        return res;
    }
};


int main()
{
    
    
	vector<char> str;
	string s = "abcdabcdbb";

	for (int i = 0; i < s.size(); i++)
	{
    
    
		str.push_back(s[i]);
	}
    
    Solution S1;

	int nums = S1.lengthOfLongestSubstring(str);

	cout << "最长无重复子串的长度为: " << nums << endl;



	return 0;
}

输出：

字符串最的长无重复子串的长度为: 4

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