【 C++ 】unordered_map和unordered_set的介绍和使用
目录1、unordered系列关联式容器2、unordered_mapunordered_map的介绍unordered_map的构造方式unordered_map的函数接口说明unordered_multimap3、unordered_setunordered_set的介绍unordered_set的构造方式unordered_set的函数接口说明
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目录
4、map/set与unordered_map/unordered_set的区别
1、unordered系列关联式容器
在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到O(logN) ，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同。下面就开始依次进行讲解。
2、unordered_map
unordered_map的介绍
- 1、unordered_map是存储<key, value>键值对的关联式容器，其允许通过keys快速的索引到与其对应的value。
- 2、在unordered_map中，键值通常用于惟一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
- 3、在内部,unordered_map没有对<kye, value>按照任何特定的顺序排序, 为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
- 4、unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
- 5、unordered_maps实现了直接访问操作符(operator[])，它允许使用key作为参数直接访问value。
- 6、它的迭代器至少是前向迭代器。
unordered_map的构造方式
- 1、构造一个空容器：
unordered_map<string, int> mp1;
- 2、拷贝构造一个容器：
unordered_map<string, int> mp2(mp1);
- 3、使用迭代器区间构造一个容器：
unordered_map<string, int> mp2(mp1.begin(), mp1.end());
unordered_map的函数接口说明
- 1、unordered_map的容量
函数声明 功能介绍 bool empty() const 检测是否为空 size_t size() const 获取有效元素个数
- 2、unordered_map的迭代器
函数声明 功能介绍 begin 赶回unordered_map第一个元素的迭代器位置 end 返回unordered_map最后一个元素下一个位置的迭代器 cbegin 返回unordered_map第一个元素的const迭代器 cend 返回unordered_map最后一个元素下一个位置的const迭代器
- 3、unordered_map的元素访问
函数声明 功能介绍 operator[ ] 返回与key对应的value，没有一个默认值 注意：针对于[ ]的重载，该函数实际调用哈希桶的插入操作，用参数key与V()构造一个默认值往底层哈希桶中插入，针对插入成功与否，有如下说明：
- 如果key不在哈希桶中，插入成功，返回V()。
- 若key已经在哈希桶中，插入失败，将key对应的value返回。
其实和map的[ ]运算符重载的规则没有啥区别。
- 4、unordered_map的查询
函数声明 功能介绍 iterator find(const K& key) 返回key在哈希桶中的位置 size_t count(const K& key) 返回哈希桶中关键码为key的键值对的个数 注意：unordered_map中key是不能重复的，因此count函数的返回值最大为1。
- 5、unordered_map的修改操作
函数声明 功能介绍 insert 向容器中插入键值对 erase 删除容器中的键值对 void clear 清空容器中的有效元素个数 void swap(unordered map&) 交换两个容器中的元素
- 6、unordered_map的桶操作
函数声明 功能介绍 size_t bucket_count() const 返回哈希桶中桶的总个数 size_t bucket_size(size_t n) const 返回n号桶中有效元素的总个数 size_t bucket(const K& key) 返回元素key所在的桶号 示例：
int main() { unordered_map<int, string> mp; /*insert插入*/ //1：借助pair构造函数 pair<int, string> kv(1, "one"); mp.insert(kv); //2：借助pair构造匿名对象插入 mp.insert(pair<int, string>(2, "two")); //3：调用make_pair函数模板插入 mp.insert(make_pair(3, "three")); //4：使用[]运算符重载函数进行插入 mp[4] = "four"; //4：使用{} mp.insert({ 5, "five" }); /*遍历*/ //1：迭代器遍历 unordered_map<int, string>::iterator it = mp.begin(); while (it != mp.end()) { cout << it->first << ":" << it->second << " "; it++; } cout << endl;//1:one 2:two 3:three 4:four 5:five //2：范围for for (auto e : mp) { cout << e.first << ":" << e.second << " "; } cout << endl;//1:one 2:two 3:three 4:four 5:five /*删除*/ //1：根据key删除 mp.erase(4); //2：根据迭代器位置删除 unordered_map<int, string>::iterator pos = mp.find(2); if (pos != mp.end()) { mp.erase(pos); } for (auto e : mp) { cout << e.first << ":" << e.second << " "; } cout << endl;//1:one 3:three 5:five /*修改*/ //1：通过迭代器位置修改 pos = mp.find(5); if (pos != mp.end()) { pos->second = "Ⅴ"; } //2：通过[]修改 mp[3] = "Ⅲ"; for (auto e : mp) { cout << e.first << ":" << e.second << " "; } cout << endl;//1:one 3:Ⅲ 5:Ⅴ /*交换*/ unordered_map<int, string> tmp{ { 2003, "年" }, { 5, "月" }, {7, "日"} }; mp.swap(tmp); for (auto e : mp) { cout << e.first << e.second << " "; } cout << endl;//2003年 5月 7日 return 0; }
unordered_multimap
unordered_multimap和unordered_map的底层都是用哈希表来实现的，所提供的成员函数和unordered_map无显著差异，唯一的区别在于unordered_multimap允许键值冗余，即key值可以是一样的，但是unordered_map不允许。对比如下：
unordered_multimap允许键值冗余，这也就导致其内部的find和count函数和unordered_map中的有所区别，如下：
成员函数count 功能说明 unordered_map对象 值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0 unordered_multimap对象 返回键值为key的元素的个数
成员函数find 功能说明 unordered_map对象 返回值为key的元素的迭代器位置 unordered_multimap对象 返回底层哈希表中的第一个值为key的元素的迭代器
3、unordered_set
unordered_set的介绍
- 1、unordered_set是不按特定顺序存储键值的关联式容器，其允许通过键值快速的索引到对应的元素。
- 2、在unordered_set中，元素的值同时也是唯一地标识它的key。
- 3、在内部，unordered_set中的元素没有按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到指定的key，unordered_set将相同哈希值的键值放在相同的桶中。
- 4、unordered_set容器通过key访问单个元素要比set快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
- 5、它的迭代器至少是前向迭代器。(单向)
unordered_set的构造方式
- 1、构造一个空容器
unordered_set<int> s1;
- 2、拷贝构造一个容器
unordered_set<int> s2(s1);
- 3、使用迭代器构造一段区间
string str("CSDN"); unordered_set<string> s3(str.begin(), str.end());
unordered_set的函数接口说明
成员函数 功能说明 begin 获取容器中第一个元素的正向迭代器 end 获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器 insert 插入指定元素 erase 删除指定元素 find 查找指定元素 size 获取容器中元素的个数 clear 清空容器 swap 交换两个容器中的数据 count 获取容器中指定元素值的元素个数 示例：
int main() { unordered_set<int> s; /*插入*/ s.insert(1); s.insert(-2); s.insert(1); s.insert(5); s.insert(3); s.insert(-2); s.insert(6); s.insert(4); /*遍历*/ unordered_set<int>::iterator it = s.begin(); while (it != s.end()) { cout << *it << " "; it++; } cout << endl;//1 5 -2 3 6 4 /*删除*/ //1：根据指定key删除 s.erase(-2); //2：根据迭代器位置删除 unordered_set<int>::iterator pos = s.find(5); if (pos != s.end()) { s.erase(pos); } for (auto e : s) { cout << e << " "; } cout << endl;//1 3 6 4 /*交换*/ unordered_set<int> tmp{ 100,-200,300,250 }; s.swap(tmp); for (auto e : s) { cout << e << " "; } cout << endl;//100 300 -200 250 return 0; }
unordered_multiset
unordered_multiset和unordered_set的底层都是用哈希表来实现的，所提供的成员函数和unordered_set无显著差异，唯一的区别在于unordered_multiset允许键值冗余，即key值可以是一样的，但是unordered_set不允许。对比如下：
由于unordered_multiset容器允许键值冗余，因此该容器中成员函数find和count的意义与unordered_set容器中的也有所不同：
成员函数count 功能说明 unordered_set对象 值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0 unordered_multiset对象 返回键值为key的元素的个数
成员函数find 功能说明 unordered_set对象 返回值为key的元素的迭代器位置 unordered_multiset对象 返回底层哈希表中的第一个值为key的元素的迭代器
4、map/set与unordered_map/unordered_set的区别
下面将从如下几个角度进行对比：
unordered_map / unordered_set map / set 底层数据结构 哈希表/散列表 红黑树 是否有序 无序 有序 查找的效率 O(1) O(logN) 迭代器类型 单向迭代器 双向迭代器 头文件 #include<unordered_map(set)> #include<map(set)>
set/unordered_set的性能对比
因map与unordered_map容器的差别和set与unordered_set容器的差别类似，所以下面我们就以set和unordered_set测试为例，来测试插入、删除、查找的效率
void test_op() { int n = 1000000; vector<int> v; v.reserve(n); srand(time(0)); for (int i = 0; i < n; ++i) { //v.push_back(i); //v.push_back(rand()+i); // 重复少 v.push_back(rand()); // 重复多 } /* 插入效率测试 */ size_t begin1 = clock(); set<int> s; for (auto e : v) { s.insert(e); } size_t end1 = clock(); size_t begin2 = clock(); unordered_set<int> us; for (auto e : v) { us.insert(e); } size_t end2 = clock(); cout << s.size() << endl; cout << "set insert:" << end1 - begin1 << endl; cout << "unordered_set insert:" << end2 - begin2 << endl; /* 查找效率测试 */ size_t begin3 = clock(); for (auto e : v) { s.find(e); } size_t end3 = clock(); size_t begin4 = clock(); for (auto e : v) { us.find(e); } size_t end4 = clock(); cout << "set find:" << end3 - begin3 << endl; cout << "unordered_set find:" << end4 - begin4 << endl; /* 删除效率测试 */ size_t begin5 = clock(); for (auto e : v) { s.erase(e); } size_t end5 = clock(); size_t begin6 = clock(); for (auto e : v) { us.erase(e); } size_t end6 = clock(); cout << "set erase:" << end5 - begin5 << endl; cout << "unordered_set erase:" << end6 - begin6 << endl; }
总结：当测试数据量较少时，二者差距不大，数据量较大时，用unordered_系列更优。
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