[C/C++]详解STL容器8-map、multimap、set、multiset的介绍和使用

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。

一、set

1.set的介绍

        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。
此外：
        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： $\log_{2}{n}$ ；
        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。

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

函数声明	功能介绍
set (const Compare& comp = Compare(), const Allocator& =Allocator() );	构造空的set
set (InputIterator first, InputIterator last, const Compare&comp = Compare(), const Allocator& = Allocator() );	用[first, last)区间中的元素构造set
set ( const set<Key,Compare,Allocator>& x);	set的拷贝构造

3）set的迭代器

函数声明	功能介绍
iterator begin()	返回set中起始位置元素的迭代器
iterator end()	返回set中最后一个元素后面的迭代器
const_iterator cbegin() const	返回set中起始位置元素的const迭代器
const_iterator cend() const	返回set中最后一个元素后面的const迭代器
reverse_iterator rbegin()	返回set第一个元素的反向迭代器，即end
reverse_iterator rend()	返回set最后一个元素下一个位置的反向迭代器，即rbegin
const_reverse_iterator crbegin() const	返回set第一个元素的反向const迭代器，即cend
const_reverse_iterator crend() const	返回set最后一个元素下一个位置的反向const迭代器，即crbegin

4）set的容量

函数声明	功能介绍
bool empty ( ) const	检测set是否为空，空返回true，否则返回true
size_type size() const	返回set中有效元素的个数

5）set修改操作

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )	在set中插入元素x，实际插入的是<x, x>构成的键值对，如果插入成功，返回<该元素在set中的位置，true>,如果插入失败，说明x在set中已经存在，返回<x在set中的位置，false>
void erase ( iterator position )	删除set中position位置上的元素
size_type erase ( constkey_type& x )	删除set中值为x的元素，返回删除的元素的个数
void erase ( iterator first,iterator last )	删除set中[first, last)区间中的元素
void swap (set<Key,Compare,Allocator>&st );	交换set中的元素
void clear ( )	将set中的元素清空
iterator find ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的位置
size_type count ( const key_type& x ) const	返回set中值为x的元素的个数

二、map

1.map的介绍

        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 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))。

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

函数声明	功能介绍
map()	构造一个空的map

3）map的迭代器

函数声明	功能介绍
begin()和end()	begin:首元素的位置，end最后一个元素的下一个位置
cbegin()和cend()	与begin和end意义相同，但cbegin和cend所指向的元素不能修改
rbegin()和rend()	反向迭代器，rbegin在end位置，rend在begin位置
crbegin()和crend()	与rbegin和rend位置相同，操作相同，但crbegin和crend所指向的元素不能修改

4）map的容量与元素访问

函数声明	功能介绍
bool empty ( )const	检测map中的元素是否为空，是返回true，否则返回false
size_type size() const	返回map中有效元素的个数
mapped_type& operator[] (constkey_type& k)	返回去key对应的value

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。

5）map中元素的修改

函数声明	功能介绍
pair<iterator,bool> insert (const value_type& x )	在map中插入键值对x，注意x是一个键值对，返回值也是键值对：iterator代表新插入元素的位置，bool代表释放插入成功
void erase ( iterator position )	删除position位置上的元素
size_type erase ( constkey_type& x )	删除键值为x的元素
void erase ( iterator first,iterator last )	删除[first, last)区间中的元素
void swap (map<Key,T,Compare,Allocator>&mp )	交换两个map中的元素
void clear ( )	将map中的元素清空
iterator find ( const key_type& x)	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的迭代器，否则返回end
const_iterator find ( const key_type& x ) const	在map中插入key为x的元素，找到返回该元素的位置的const迭代器，否则返回cend
size_type count ( const key_type& x ) const	返回key为x的键值在map中的个数，注意map中key是唯一的，因此该函数的返回值要么为0，要么为1，因此也可以用该函数来检测一个key是否在map中

3.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。

三、multiset

1.multiset的介绍

        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。

四、multimap

1.multimap的介绍

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：

1）map中的key是唯一的，而multimap中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；
4）使用时与map包含的头文件相同。

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