第十一章 关联容器
2020年11月10日大约 5 分钟
第十一章 关联容器
- 关联容器和顺序容器的不同：关联容器中的元素时按照关键字来保存和访问的。
- 关联容器支持通过关键字来高效地查找和读取元素，基本的关联容器类型是
map和set。
关联容器类型：
| 容器类型 | 解释 |
|---|---|
| 按顺序存储 | |
map | 关键数组：保存关键字-值对 |
set | 关键字即值，即只保存关键字的容器 |
multimap | 支持同一个键多次出现的map |
multiset | 支持同一个键多次出现的set |
| 无序集合 | |
unordered_map | 用哈希函数组织的map |
unordered_set | 用哈希函数组织的set |
unordered_multimap | 哈希组织的map，关键字可以重复出现 |
unordered_multiset | 哈希组织的set，关键字可以重复出现 |
关联容器概述
定义关联容器
- 需要指定元素类型。
- 列表初始化：
`map`：`map<string, int> word_count = {{"a", 1}, {"b", 2}};`
`set`：`set<string> exclude = {"the", "a"};`关键字类型的要求
- 对于有序容器，关键字类型必须定义元素比较的方法。默认是
<。 - 如果想传递一个比较的函数，可以这样定义：
multiset<Sales_data, decltype(compareIsbn)*> bookstore(compareIsbn);
pair
- 在
utility头文件中定义。 - 一个
pair保存两个数据成员，两个类型不要求一样。
pair的操作：
| 操作 | 解释 |
|---|---|
pair<T1, T2> p; | p是一个pair，两个类型分别是T1和T2的成员都进行了值初始化。 |
pair<T1, T2> p(v1, v2); | first和second分别用v1和v2进行初始化。 |
pair<T1, T2>p = {v1, v2}; | 等价于`p(v1, v2) |
make_pair(v1, v2); | pair的类型从v1和v2的类型推断出来。 |
p.first | 返回p的名为first的数据成员。 |
p.second | 返回p的名为second的数据成员。 |
p1 relop p2 | 运算关系符按字典序定义。 |
p1 == p2 | 必须两对元素两两相等 |
p1 != p2 | 同上 |
关联容器操作
关联容器额外的类型别名：
| 类型别名 | 解释 |
|---|---|
key_type | 此容器类型的关键字类型 |
mapped_type | 每个关键字关联的类型，只适用于map |
value_type | 对于map，是pair<const key_type, mapped_type>; 对于set，和key_type相同。 |
关联容器迭代器
- 解引用一个关联容器迭代器时，会得到一个类型为容器的
value_type的值的引用。 set的迭代器是const的。- 遍历关联容器：使用
begin和end，遍历map、multimap、set、multiset时，迭代器按关键字升序遍历元素。
添加元素
关联容器insert操作：
insert操作 | 关联容器 |
|---|---|
c.insert(v) c.emplace(args) | v是value_type类型的对象；args用来构造一个元素。 对于map和set，只有元素的关键字不存在c中才插入或构造元素。函数返回一个pair，包含一个迭代器，指向具有指定关键字的元素，以及一个指示插入是否成功的bool值。对于multimap和multiset则会插入范围中的每个元素。 |
c.insert(b, e) c.insert(il) | b和e是迭代器，表示一个c::value_type类型值的范围；il是这种值的花括号列表。函数返回void。对于 map和set，只插入关键字不在c中的元素。 |
c.insert(p, v) c.emplace(p, args) | 类似insert(v)，但将迭代器p作为一个提示，指出从哪里开始搜索新元素应该存储的位置。返回一个迭代器，指向具有给定关键字的元素。 |
向map添加元素：
word_count.insert({word, 1});word_count.insert(make_pair(word, 1));word_count.insert(pair<string, size_t>(word, 1));word_count.insert(map<string, size_t>::value_type (word, 1));
删除元素
从关联容器中删除元素：
| 操作 | 解释 |
|---|---|
c.erase(k) | 从c中删除每个关键字为k的元素。返回一个size_type值，指出删除的元素的数量。 |
c.erase(p) | 从c中删除迭代器p指定的元素。p必须指向c中一个真实元素，不能等于c.end()。返回一个指向p之后元素的迭代器，若p指向c中的尾元素，则返回c.end() |
c.erase(b, e) | 删除迭代器对b和e所表示范围中的元素。返回e。 |
下标操作
map和unordered_map的下标操作：
| 操作 | 解释 |
|---|---|
c[k] | 返回关键字为k的元素；如果k不在c中，添加一个关键字为k的元素，对其值初始化。 |
c.at(k) | 访问关键字为k的元素，带参数检查；若k不存在在c中，抛出一个out_of_range异常。 |
查找元素
在一个关联容器中查找元素:
| 操作 | 解释 |
|---|---|
c.find(k) | 返回一个迭代器，指向第一个关键字为k的元素，若k不在容器中，则返回尾后迭代器 |
c.count(k) | 返回关键字等于k的元素的数量。对于不允许重复关键字的容器，返回值永远是0或1。 |
c.lower_bound(k) | 返回一个迭代器，指向第一个关键字不小于k的元素。 |
c.upper_bound(k) | 返回一个迭代器，指向第一个关键字大于k的元素。 |
c.equal_range(k) | 返回一个迭代器pair，表示关键字等于k的元素的范围。若k不存在，pair的两个成员均等于c.end()。 |
lower_bound和upper_bound不适用于无序容器。- 下标和
at操作只适用于非const的map和unordered_map。
无序容器
- 有序容器使用比较运算符来组织元素；无序容器使用哈希函数和关键字类型的
==运算符。 - 理论上哈希技术可以获得更好的性能。
- 无序容器在存储上组织为一组桶(bucket)，每个桶保存零个或多个元素。无序容器使用一个哈希函数将元素映射到桶。
无序容器管理操作：
| 操作 | 解释 |
|---|---|
| 桶接口 | |
c.bucket_count() | 正在使用的桶的数目 |
c.max_bucket_count() | 容器能容纳的最多的桶的数目 |
c.bucket_size(n) | 第n个桶中有多少个元素 |
c.bucket(k) | 关键字为k的元素在哪个桶中 |
| 桶迭代 | |
local_iterator | 可以用来访问桶中元素的迭代器类型 |
const_local_iterator | 桶迭代器的const版本 |
c.begin(n)，c.end(n) | 桶n的首元素迭代器 |
c.cbegin(n)，c.cend(n) | 与前两个函数类似，但返回const_local_iterator。 |
| 哈希策略 | |
c.load_factor() | 每个桶的平均元素数量，返回float值。 |
c.max_load_factor() | c试图维护的平均比桶大小，返回float值。c会在需要时添加新的桶，以使得load_factor<=max_load_factor |
c.rehash(n) | 重组存储，使得bucket_count>=n，且bucket_count>size/max_load_factor |
c.reverse(n) | 重组存储，使得c可以保存n个元素且不必rehash。 |