【C++進階篇】C++容器完全指南：掌握set和map的使用，提升編碼效率

C++容器的實踐與應用：輕松掌握set、map與multimap的區別與用法

  • 一. 序列式容器與關聯式容器
    • 1.1 序列式容器 (Sequential Containers)
    • 1.2 關聯式容器 (Associative Containers)
  • 二. set系列使用
    • 2.1 set的構造和迭代器
    • 2.2 set的增刪查
      • 2.2.1 插入
      • 2.2.2 查找
      • 2.2.3 刪除
    • 2.3 multiset和set的差異
  • 三. map系列使用
    • 3.1 pair類
      • 3.1.1 定義與創建
      • 3.1.2 訪問元素
    • 3.2 map構造
    • 3.3 map增刪查
      • 3.3.1 插入
      • 2.2.2 查找
      • 2.2.3 刪除
    • 3.4 map[]功能(重點)
      • 3.4.1 基本功能
      • 3.4.2 返回值類型
      • 3.4.3 自動插入特性
    • 3.5 multimap和map的差異
  • 四. 最后

在C++中，容器是存儲和操作數據的核心工具。序列式容器（如vector、list）通過線性順序存儲數據，而關聯式容器（如set、map）則通過鍵值對存儲數據，允許更高效的查找、插入和刪除。set是一個存儲唯一元素的容器，內部自動排序，底層通常使用紅黑樹實現。它支持高效的查找和元素去重。map是存儲鍵值對的容器，每個鍵都是唯一的，值可以重復，同樣基于紅黑樹實現，提供快速的鍵值對查找。在需要快速檢索、插入或刪除元素時，set和map是非常實用的選擇。

一. 序列式容器與關聯式容器

1.1 序列式容器 (Sequential Containers)

序列式容器按照元素的插入順序進行存儲，它們提供了對元素的線性訪問。序列式容器的元素是有順序的，可以通過下標或迭代器來訪問。常見的序列式容器包括：

  • vector：動態數組，支持快速的隨機訪問。適用于頻繁訪問元素，但在中間插入或刪除元素時性能較差。

  • deque：雙端隊列，支持在兩端快速插入和刪除元素，但相比 vector，在訪問和修改元素時稍慢。

  • list：雙向鏈表，支持在任意位置快速插入和刪除元素，但不支持隨機訪問。

  • array：固定大小的數組，支持快速隨機訪問，但在大小固定時使用。

  • forward_list：單向鏈表，比 list 更節省內存，但只支持向前遍歷。

1.2 關聯式容器 (Associative Containers)

關聯式容器是基于鍵值對的容器，每個元素由鍵和值組成，并且通過鍵進行訪問。它們通常提供基于鍵的排序和查找功能，能夠高效地查找、插入和刪除元素。常見的關聯式容器包括：

  • set：存儲唯一元素的集合，自動排序。可以高效地判斷元素是否存在。

  • map：存儲鍵值對，其中每個鍵都是唯一的，值可以重復。自動按照鍵排序。

  • multiset：與 set 類似，但允許存儲重復的元素。

  • multimap：與 map 類似，但允許存儲重復的鍵。

聲明：本篇文章重點介紹關聯式容器中的set，map

二. set系列使用

set的底層是用紅黑樹實現的，增刪查效率是 O(logN)，迭代器的遍歷是中序，所以是有序的。

2.1 set的構造和迭代器

set的迭代器是雙向迭代器，遍歷默認是升序的，因為底層說到底還是二叉搜索樹，所以迭代器（const和非const版本迭代器）都不支持修改數據，會破壞二叉搜索樹的結構。

構造類型原型功能
無參默認構造explicit set (const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());構造一個指定類型T的對象
迭代器區間構造template set(InputIterator first, InputIterator last,const key_compare & comp = key_compare(),const allocator_type & = allocator_type());使用迭代器區間初始化對象
初始化列表構造set(initializer_list<value_type> il,const key_compare & comp = key_compare(),const allocator_type & alloc = allocator_type());使用初始化列表構造對象
拷貝構造set (const set& x);使用拷貝構造對象
迭代器原型功能
正向迭代器iterator begin();iterator end()正向遍歷容器中的數據
反向迭代器reverse_iterator rbegin();reverse_iterator rend();反向遍歷容器中的數據

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;int main()
{//無參默認構造set<int> s1;cout << "修改前s1: ";for (auto ch : s1){cout <<"原:s1 " << ch;}cout << endl;//迭代器區間構造set<int> s2({ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 });//initializer 列表構造//set<int> s1(s2.begin(), s2.end());錯誤寫法，s1重定義//使用賦值,或者直接插入//s1.insert(s2.begin(),s2.end())s1 = set<int>(s2.begin(), s2.end());//創建臨時對象，進行賦值cout << "修改后s1:";for (auto ch : s1){cout << ch << " ";}cout << endl;//拷貝構造set<int> s3(s1);cout << "s3: ";for (auto ch : s3){cout <<ch << " ";}cout << endl;// 正確的反向遍歷cout << "Reverse traversal of s3: ";for (auto rit = s3.rbegin(); rit != s3.rend(); ++rit) {cout << *rit << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.2 set的增刪查

2.2.1 插入

類型原型功能
單個插入pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);插入單個數據，插入已經存在插入失敗
列表插入insert (initializer_list<value_type> il);使用初始化列表插入元素
迭代器區間插入template void insert(InputIterator first, InputIterator last);使用迭代器區間插入元素

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;int main()
{int a = 10;set<int> s;s.insert(a);//插入單個數據for (auto ch : s){cout << ch;}cout << endl;s.insert({ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 });//初始化列表插入for (auto ch : s){cout << ch<<" ";}cout << endl;set<int> s3({ 10,20,30,40,50,60,70,80,90,100 });s.insert(s3.begin(), s3.end());//迭代器區間插入數據for (auto ch : s){cout << ch << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.2.2 查找

類型原型功能
查找單個元素iterator find (const value_type& val);查找val，返回val所在的迭代器，沒有找到返回end()
查找每個元素的總出現個數size_type count (const value_type& val) const;查找val，返回Val的個數

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：

#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;int main()
{set<int> s;s.insert({ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 });//初始化列表插入for (auto ch : s){cout << ch<<" ";}cout << endl;auto it = s.find(6);//存在返回所在迭代器cout << *it << endl;it = s.find(10);//不存在不可進行解引用//cout << *it << endl;error程序會終止int ret = s.count(6);cout << ret << endl;//查找6出現的總個數return 0;
}

2.2.3 刪除

類型原型功能
刪除單個元素size_type erase (const value_type& val);刪除val，val不存在返回0，存在返回1
刪除迭代器位置iterator erase (const_iterator position);刪除?個迭代器位置的值
刪除迭代器區間iterator erase (const_iterator first, const_iterator last)刪除?段迭代器區間的值

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;int main()
{set<int> s;s.insert({ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 });//初始化列表插入cout << "刪除前: ";for (auto ch : s){cout << ch<<" ";}cout << endl;cout << "刪除5后: ";s.erase(5);//刪除單個值for (auto ch : s){cout << ch << " ";}cout << endl;cout << "刪除8后: ";auto it = s.find(8);s.erase(it);//刪除迭代器位置的值for (auto ch : s){cout << ch << " ";}cout << endl;cout << "全部刪除后: ";s.erase(s.begin(), s.end());//刪除迭代器區間區間的值,等效于s.clear()for (auto ch : s){cout << ch << " ";}cout << endl;return 0;
}

補充：

// 返回?于等val位置的迭代器

  • iterator lower_bound (const value_type& val) const;

// 返回?于val位置的迭代器

  • iterator upper_bound (const value_type& val) const；

2.3 multiset和set的差異

multiset和set的使?基本完全類似，主要區別點在于multiset?持值冗余，說白就是允許插入相同的值。
下面主要來看insert/find/count/erase都圍繞著?持值冗余有所差異，示例代碼：


```cpp
#include<iostream>
#include<set>
using namespace std;
int main()
{// 相?set不同的是，multiset是排序，但是不去重multiset<int> s = { 4,2,7,2,4,8,4,5,4,9 };auto it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 相?set不同的是，x可能會存在多個，find查找中序的第?個int x;cin >> x;auto pos = s.find(x);while (pos != s.end() && *pos == x){cout << *pos << " ";++pos;}cout << endl;// 相?set不同的是，count會返回x的實際個數cout << s.count(x) << endl;// 相?set不同的是，erase給值時會刪除所有的xs.erase(x);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

三. map系列使用

map的底層是紅黑樹，key/value結構場景，也是有序的。

3.1 pair類

在C++中，pair 是標準模板庫(STL)提供的一個模板類，用于將兩個可能不同類型的對象組合成一個單一單元。

3.1.1 定義與創建

#include // 包含pair的頭文件
// 創建pair的幾種方式
std::pair<int, double> p1; // 默認構造，兩個元素被值初始化
std::pair<int, double> p2(1, 3.14); // 直接初始化 std::pair<int,
double> p3 = {2, 2.718}; // 列表初始化（C++11起） auto p4 =
std::make_pair(3, 1.618); // 使用make_pair輔助函數

3.1.2 訪問元素

int first_element = p2.first; // 訪問第一個元素（int類型）
double second_element = p2.second; // 訪問第二個元素（double類型）

結論：pair 是C++中處理簡單二元組合的高效工具，在需要臨時組合兩個相關值時非常有用。對于更復雜的數據結構，建議使用 struct 或 class 來提高代碼可讀性。

3.2 map構造

map的迭代器是雙向迭代器，遍歷默認是升序的，因為底層說到底還是二叉搜索樹，所以迭代器（const和非const版本迭代器）都不支持修改數據，會破壞二叉搜索樹的結構。

構造類型原型功能
無參默認構造explicit map(const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type& alloc = allocator_type());構造一個指定類型T的對象
迭代器區間構造template map(InputIterator first, InputIterator last,const key_compare& comp = key_compare(),const allocator_type & = allocator_type());使用迭代器區間初始化對象
初始化列表構造map(initializer_list<value_type> il,const key_compare & comp = key_compare(),const allocator_type & alloc = allocator_type());使用初始化列表構造對象
拷貝構造map (const map& x);使用拷貝構造對象
迭代器原型功能
正向迭代器iterator begin();iterator end();正向遍歷容器中的數據
反向迭代器reverse_iterator rbegin();reverse_iterator rend();反向遍歷容器中的數據

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;int main()
{//無參默認構造map<string, string> t1;for (auto entry : t1){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;//初始化列表構造map<string, string> t2({{ "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橙子" } });for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;//迭代器區間構造map<string, string> t3(t2.begin(), t2.end());for (auto entry : t3){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;//拷貝構造map<string, string> t4(t2);for (auto entry : t4){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;//正向迭代器遍歷auto it = t4.begin();while (it != t4.end()){cout << it->first << " " << it->second << endl;++it;}cout << endl;//反向迭代器遍歷for (auto it = t4.rbegin(); it != t4.rend(); it++){cout << it->first << " " << it->second << endl;}return 0;
}

3.3 map增刪查

3.3.1 插入

類型原型功能
單個插入pair<iterator,bool> insert (const value_type& val);單個數據插?，如果已經key存在則插?失敗,key存在相等value不相等也會插?失敗
列表插入void insert (initializer_list<value_type> il);列表插?，已經在容器中存在的值不會插?
迭代器區間插入template void insert(InputIterator first, InputIterator last);使用迭代器區間插入元素

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;int main()
{pair<string, string> s("insert", "插入");map<string, string> t1;t1.insert(s);//插入單個元素cout << "t1: ";for (auto entry : t1){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;map<string, string> t2;t2.insert({ { "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橙子" } });//初始化列表插入cout << "t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;map<string, string> t3;t3.insert(t2.begin(), t2.end());//迭代器區間插入cout << "t3: ";for (auto entry : t3){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;return 0;
}

2.2.2 查找

類型原型功能
查找單個元素iterator find (const value_type& val);查找val，返回val所在的迭代器，沒有找到返回end()
查找每個元素的總出現個數size_type count (const value_type& val) const;查找val，返回Val的個數

下面將給出一個整合代碼演示上述的功能：

  • 示例代碼：
#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;int main()
{map<string, string> t2;t2.insert({ { "apple", "蘋果" },{ "apple", "蘋果" },{ "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橙子" } });//初始化列表插入cout << "t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}auto it = t2.find("apple");//返回apple位置所在的迭代器cout << it->first << " " << it->second << endl;int ret = t2.count("apple");//查找apple出現的總次數cout << ret << endl;return 0;
}

2.2.3 刪除

類型原型功能
刪除單個元素size_type erase (const value_type& val);刪除val，val不存在返回0，存在返回1
刪除迭代器位置iterator erase (const_iterator position);刪除?個迭代器位置的值
刪除迭代器區間iterator erase (const_iterator first, const_iterator last)刪除?段迭代器區間的值

示例代碼：


#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;int main()
{map<string, string> t2;t2.insert({ { "apple", "蘋果" },{ "apple", "蘋果" },{ "apple", "蘋果" }, { "banana", "香蕉" }, { "orange", "橙子" } });//初始化列表插入cout << "刪除前t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;t2.erase("apple");//刪除指定元素值cout << "前t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;auto it = t2.find("orange");t2.erase(it);//刪除迭代器位置的值cout << "中t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}cout << endl;t2.erase(t2.begin(), t2.end());//刪除迭代器區間的值cout << "后t2: ";for (auto entry : t2){cout << entry.first << " -> " << entry.second << endl;}return 0;
}

3.4 map[]功能(重點)

3.4.1 基本功能

  1. 訪問元素：如果鍵存在于map中，operator[]會返回該鍵對應的值的引用。
  2. 修改元素：通過返回的引用，可以直接修改該鍵對應的值。
  3. 插入元素：如果鍵不存在于map中，operator[]會插入一個新的鍵值對，其中鍵是給定的鍵，值是值類型的默認構造值（對于內置類型如int、string等，默認構造值通常是0或空字符串；對于自定義類型，則是其默認構造函數創建的對象）。

3.4.2 返回值類型

operator[]返回的是值的引用（value_type&），這允許對值進行直接修改。

3.4.3 自動插入特性

當使用operator[]訪問一個不存在的鍵時，map會自動插入一個新的鍵值對。
新插入的鍵的值部分是其值類型的默認構造值。

  • 使用實例：
#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;int main() {map<string, int> wordCount;// 訪問并修改現有元素wordCount["apple"] = 10; // 插入或修改鍵為"apple"的元素cout << "apple: " << wordCount["apple"] << endl; // 輸出: apple: 10// 訪問不存在的鍵，自動插入新元素cout << "banana: " << wordCount["banana"] << endl; // 輸出: banana: 0（因為int的默認構造值是0）// 修改自動插入的元素wordCount["banana"] += 5;cout << "banana: " << wordCount["banana"] << endl; // 輸出: banana: 5// 使用at()方法訪問元素（需要確保鍵存在）try {cout << "orange: " << wordCount.at("orange") << endl;} catch (const out_of_range& e) {cout << "orange: " << e.what() << endl; // 輸出: orange: map::at: key not found}return 0;
}

3.5 multimap和map的差異

multimap和map的使?基本完全類似，主要區別點在于multimap?持關鍵值key冗余，那么
insert/find/count/erase都圍繞著?持關鍵值key冗余有所差異，

  • 示例代碼：
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>using namespace std;int main() {// 創建multimap并插入數據multimap<string, int> scores = {{"Alice", 90},{"Bob", 85},{"Alice", 95},  // 允許重復的key{"Charlie", 88}};// 1. 查找操作（返回第一個匹配項）auto it = scores.find("Alice");if (it != scores.end()) {cout << "找到Alice的第一個分數: " << it->second << endl; // 輸出90}// 2. 計數操作（統計重復key的數量）int count = scores.count("Alice");cout << "Alice出現的次數: " << count << endl; // 輸出2// 3. 范圍查找（獲取所有匹配項）cout << "所有Alice的分數: ";auto range = scores.equal_range("Alice");for (auto itr = range.first; itr != range.second; ++itr) {cout << itr->second << " "; // 輸出90 95}cout << endl;// 4. 刪除操作（刪除所有匹配項）scores.erase("Alice");cout << "刪除Alice后剩余元素數量: " << scores.size() << endl; // 輸出2（Bob和Charlie）// 5. 嘗試使用[]操作符（會編譯失敗）// scores["David"] = 78; // 錯誤：multimap不支持[]操作符return 0;
}

通過這個示例可以看出，multimap在處理需要多個相同key的場景時比map更靈活，但相應地也失去了一些特性（如[]操作符的直接訪問能力）。在實際開發中，應根據是否需要key唯一性來選擇合適的數據結構。

四. 最后

本文詳述了C++中關聯式容器set、multiset、map、multimap的用法，涵蓋構造、迭代器、增刪查等操作。set自動排序去重，multiset允許重復；map存儲鍵值對，multimap支持鍵冗余。重點解析了map的[]操作符自動插入特性及multimap的范圍查找。通過代碼示例展示了各容器的核心功能與應用場景，是學習C++標準庫關聯容器的實用指南。

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用算術右移實現邏輯右移及用邏輯右移實現算術右移

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函數srl()用算術右移實現邏輯右移&#xff0c;函數sra()用邏輯右移實現算術右移。 程序代碼 int sra(int x,int k); unsigned int srl(unsigned int x, int k);void main() {int rx1,k,x1;unsigned int rx2,x2;k3;x10x8777;x20x8777;rx1sra(x1, k);rx2srl(x2, k);while(1); }…
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pojo層、dao層、service層、controller層的作用

pojo層、dao層、service層、controller層的作用

在Java Web開發中&#xff0c;常見的分層架構&#xff08;如Spring Boot項目&#xff09;通常包含POJO層、DAO層、Service層和Controller層&#xff0c;各層職責明確&#xff0c;協同工作。以下是各層的作用及相互關系&#xff1a; 1. POJO層&#xff08;Model/Entity層&#…
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【Linux網絡】五種IO模型與阻塞IO

【Linux網絡】五種IO模型與阻塞IO

IO 在Linux網絡環境里&#xff0c;IO&#xff08;Input/Output&#xff09;指的是網絡數據在系統與外部網絡&#xff08;像其他設備、服務器或者客戶端&#xff09;之間進行傳輸的過程。 它是網絡編程和系統性能優化的核心內容。 IO &#xff1a;INPUT和OUTPUT&#xff08;站…
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入門OpenTelemetry——應用自動埋點

入門OpenTelemetry——應用自動埋點

埋點 什么是埋點 埋點&#xff0c;本質就是在你的應用程序里&#xff0c;在重要位置插入采集代碼&#xff0c;比如&#xff1a; 收集請求開始和結束的時間收集數據庫查詢時間收集函數調用鏈路信息收集異常信息 這些埋點數據&#xff08;Trace、Metrics、Logs&#xff09;被…
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大數據場景下數據導出的架構演進與EasyExcel實戰方案

大數據場景下數據導出的架構演進與EasyExcel實戰方案

一、引言&#xff1a;數據導出的演進驅動力 在數字化時代&#xff0c;數據導出功能已成為企業數據服務的基礎能力。隨著數據規模從GB級向TB級甚至PB級發展&#xff0c;傳統導出方案面臨三大核心挑戰&#xff1a; ?數據規模爆炸?&#xff1a;單次導出數據量從萬級到億級的增長…
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拓展運算符與數組解構賦值的區別

拓展運算符與數組解構賦值的區別

拓展運算符與數組解構賦值是ES6中用于處理數組的兩種不同的特性&#xff0c;它們有以下區別&#xff1a; 概念與作用 ? 拓展運算符&#xff1a;主要用于將數組展開成一系列獨立的元素&#xff0c;或者將多個數組合并為一個數組&#xff0c;以及在函數調用時將數組作為可變參…
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