【C++】map和set的使用
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文章目录
- 1. 序列式容器和关联式容器
- 1.1 序列式容器
- 1.2 关联式容器
- 2. set系列的使用
- 2.1 set和multiset的参考文档
- 2.2 set类的介绍
- 2.3 set的构造函数和迭代器
- 2.4 set的增删查
- 2.5 find和erase的使用样例
- 2.6 multiset和set的差异
- 2.7 两个数组的交集 - 力扣（LeetCode）
- 2.8 环形链表 II - 力扣（LeetCode）
- 3. map系列的使用
- 3.1 map和multimap的参考文档
- 3.2 map类的介绍
- 3.3 pair类型介绍
- 3.4 map的构造
- 3.5 map的增删查
- 3.6 map的数据修改
- 3.7 构造遍历以及增删查改样例
- 3.8 map的迭代器功能和[]功能样例
- 3.9 multimap和map的差异
- 3.10 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）
- 3.11 前K个高频单词 - 力扣（LeetCode）
1. 序列式容器和关联式容器
1.1 序列式容器
- 核心特征
- 按插入顺序存储：元素的物理存储顺序与插入顺序一致。
- 允许重复元素：可以存储多个相同的值。
- 通过位置访问：通过索引（如数组）或迭代器直接访问元素。
- 常见容器
vector:动态数组，支持快速随机访问，尾部插入高效。list:双向链表，支持快速插入/删除，但随机访问效率低。deque:双端队列，支持头尾高效插入/删除。array:固定大小数组，编译时确定大小。forward_list:单向链表，内存占用更小。
- 适应场景
- 需要保持插入顺序（如日志记录，操作历史）。
- 频繁通过索引随机访问（如vector的[ ]操作）。
- 需要高效头尾操作（如deque）。
1.2 关联式容器
- 核心特征
- 按键存储：元素基于键值对（key-value）键本身存储。
- 自动排序：元素按键的排序规则（默认升序）组织。
- 唯一性：
set和map要求键唯一；multiset和multimap允许重复键。
- 常见容器
set:存储唯一键的有序集合。map:存储键值对的有序映射。multiset:允许重复键的有序集合。multimap:允许重复键的有序映射。
- 适用场景
- 需要快速查找（如字典，数据库索引）。
- 需自动排序（如排行榜，有序事件调度）。
- 需要唯一性约束（如用户ID管理）。
2. set系列的使用
2.1 set和multiset的参考文档
点击快速到达
2.2 set类的介绍
set的声明如下，T就是set底层关键字的类型。set默认要求T支持小于比较，如果不支持，可以手动实现一个仿函数传给第二个模板参数。set底层存储数据的内存是从空间配置器上申请的，如果需要可以自己手动实现一个内存池，传给第三个参数。- 一般情况下我们都不需要传后面的两个模板参数。
set的底层是用红黑树实现的，增删查的效率是O（logn）,迭代器遍历走的是搜索树的中序遍历，所以遍历后的元素是有序的。
template < class T, // set::key_type/value_type
class Compare = less<T>, // set::key_compare/value_compare
class Alloc = allocator<T> // set::allocator_type
> class set;
2.3 set的构造函数和迭代器
set的构造我们只需关注一下几个即可
//empty (1) 无参默认构造
explicit set(const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
set(InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type & = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
set (const set& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
set (initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
迭代器
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator -> a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();
2.4 set的增删查
#include > s;
//set> s = {1,2,7,4,9,6,}; initializer_list初始化
s.insert(2);
s.insert(1);
s.insert(5);
s.insert(6);
//set iterator it = s.begin();
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
//*it = 1;不能修改里面的值
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//插入一段initilizer_list的值,已经存在则插入失败
s.insert({1,5,3,2,7,9});
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//插入string类对象，string类对象比较是按照ascll码来比较大小的
set<string> strset = {"sort","add","insert"};
for (auto &e : strset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
2.5 find和erase的使用样例
erase,find的使用案例：
int main()
{
set<int> s = {2,7,4,3,1,9,5,0};
for (auto& e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//删除最小值
s.erase(s.begin());
for (auto& e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//删除输入的值，这个值有可能在，也有可能不在
int x;
cin >> x;
int num = s.erase(x);
if (num == 0)
{
cout << x << "不存在!" << endl;
}
for (auto& e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//直接查找，再利用迭代器删除
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
if (pos != s.end())
{
s.erase(pos);
}
else
{
cout << x << "不存在" << endl;
}
for (auto& e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//算法库中的查找O（n） 不会这样使用
auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);
//set自己实现的查找O（logn）
auto pos2 = s.find(x);
//利用cout快速实现间接查找
cin >> x;
if (s.count(x))
{
cout << x << "在!" << endl;
}
else
{
cout << x << "不存在!" << endl;
}
return 0;
}
删除一段区间的值
int main()
{
set<int> myset;
for (int i = 1; i < 10; i++)
{
myset.insert(i * 10);//10 20 30 40 50 60 70 80 90
}
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//实现查找到的[itlow,itup]包含[30,60]区间
//返回>=30
auto itlow = myset.lower_bound(30);
//返回>60
auto itup = myset.upper_bound(60);
//删除这段区间的值
myset.erase(itlow,itup);
for (auto e : myset)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
2.6 multiset和set的差异
multiset和set基本完全相似，主要的区别点在于multiset支持键值冗余，那么insert/find/count/erase都围绕着支持键值冗余有所差异。
int main()
{
multiset<int> s = {4,6,4,3,6,7,8,9,2,5,3,7,8,9};
auto it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//相比较set不同的是，x可能会存在多个，find查找的是中序的第一个
int x;
cin >> x;
auto pos = s.find(x);
while (pos != s.end() && *pos == x)
{
cout << *pos << " ";
++pos;
}
cout << endl;
//相比set不同的是count会返回x的实际个数
cout << s.count(x) << endl;
//相比set不同的是erase会删掉里面的所有的x
s.erase(x);
for (auto e : s)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
2.7 两个数组的交集 - 力扣（LeetCode）
题目连接： 349. 两个数组的交集
解题思路：
两个数组依次比较，小的++，相等的就是交集，同时++，其中一个结束就结束了
代码实现：
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
//这里用set实现了对数组的排序+去重
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());//用一段迭代器区间初始化
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());
//小的++，相等就是交集
vector<int> ret;
auto it1 = s1.begin();
auto it2 = s2.begin();
while(it1 != s1.end() && it2 != s2.end())
{
if(*it1 < *it2) it1++;
else if (*it1 > *it2) it2++;
else
{
ret.push_back(*it1);
it1++;
it2++;
}
}
return ret;
}
};
2.8 环形链表 II - 力扣（LeetCode）
题目链接： 142. 环形链表 II
解题思路：
遍历这个环形链表，如果count为0,就把此节点插入进set,如果不为0,则此节点为入口点。
代码实现：
class Solution {
public:
ListNode *detectCycle(ListNode *head) {
set<ListNode*> s;
ListNode* cur = head;
while(cur)
{
if(s.count(cur))
return cur;//等于1即为入口点
else
s.insert(cur);
cur = cur -> next;
}
return nullptr;
}
};
3. map系列的使用
3.1 map和multimap的参考文档
点击快速到达
3.2 map类的介绍
map的声明如下，Key就是map底层关键字的类型，T是map底层Value的类型，map默认要求Key支持小于比较，如果不支持或者需要的话可以自行实现仿函数传给第二个模板参数。map底层存储数据的内存是从空间配置器申请的。一般情况下我们都不需要传后面两个模板参数。map的底层使用红黑树实现的，增删查改的效率是O（logn）,迭代器遍历走的是中序遍历,所以Key的值是有序的。
template < class Key, // map::key_type
class T, // map::mapped_type
class Compare = less<Key>, // map::key_compare
class Alloc = allocator<pair<const Key,T> > //
map::allocator_type
> class map
3.3 pair类型介绍
map底层红黑树节点中的数据，使用pair
pair是一个类模板，里面有两个成员变量，一个是first,一个是second。
typedef pair<const Key, T> value_type;
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)
{}
template<class U, class V>
pair(const pair<U, V>& pr) : first(pr.first), second(pr.second)
{}
};
template <class T1, class T2>
inline pair<T1, T2> make_pair(T1 x, T2 y)
{
return (pair<T1, T2>(x, y));
}
3.4 map的构造
map的构造我们只需关注以下接口即可
map支持正向迭代器遍历和反向迭代器遍历，遍历默认按Key的升序，因为底层是二叉搜索树，走的是中序遍历。支持迭代器也就支持范围for。map支持value数据的修改，但不支持Key的修改。修改关键字的数据破坏了底层搜索树的结构。
// empty (1) ⽆参默认构造
explicit map (const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// range (2) 迭代器区间构造
template <class InputIterator>
map (InputIterator first, InputIterator last,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& = allocator_type());
// copy (3) 拷⻉构造
map (const map& x);
// initializer list (5) initializer 列表构造
map (initializer_list<value_type> il,
const key_compare& comp = key_compare(),
const allocator_type& alloc = allocator_type());
// 迭代器是⼀个双向迭代器
iterator -> a bidirectional iterator to const value_type
// 正向迭代器
iterator begin();
iterator end();
// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin();
reverse_iterator rend();
3.5 map的增删查
map的增删查关注以下接口即可
map的增接口，插入的是pair的键值对数据，跟set有所不同，但是查和删的接口只用关键字Key,跟set完全相似。不过fin返回的是iterator,不仅仅可以找到Key在不在，还能找到映射的Value,同时通过迭代还能修改Value。
Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>
// 单个数据插⼊，如果已经key存在则插⼊失败,key存在相等value不相等也会插⼊失败
pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
// 列表插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
void insert(initializer_list<value_type> il);
// 迭代器区间插⼊，已经在容器中存在的值不会插⼊
template <class InputIterator>
void insert(InputIterator first, InputIterator last);
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()
iterator find(const key_type& k);
// 查找k，返回k的个数
size_type count(const key_type& k) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase(const_iterator position);
// 删除k，k存在返回0，存在返回1
size_type erase(const key_type& k);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
// 返回⼤于等k位置的迭代器
iterator lower_bound(const key_type& k);
// 返回⼤于k位置的迭代器
const_iterator lower_bound(const key_type& k) const;
3.6 map的数据修改
map第一个支持修改的方式是通过迭代器，迭代器遍历时或者find返回Key所在的iterator修改。map还有一个非常重要的修改接口operator[],但是operator[]不仅仅支持数据的修改，还支持插入数据和查找数据，所以它是一个多功能复合接口。
Member types
key_type->The first template parameter(Key)
mapped_type->The second template parameter(T)
value_type->pair<const key_type, mapped_type>
// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，如果找到了通过iterator可以修改key对应的mapped_type值
iterator find(const key_type& k);
// ⽂档中对insert返回值的说明
// The single element versions (1) return a pair, with its member pair::first set to an iterator pointing to either the newly inserted element or to theelement with an equivalent key in the map.The pair::second element in the pairis set to true if a new element was inserted or false if an equivalent keyalready existed.
// insert插⼊⼀个pair对象
// 1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair对象，返回pair对象first是key所在结点的迭代器，second是false
// 2、如果key不在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair对象，返回pair对象first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true
// 也就是说⽆论插⼊成功还是失败，返回pair对象的first都会指向key所在的迭代器
// 那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现
operator[]
// 需要注意的是这⾥有两个pair，不要混淆了，⼀个是map底层红⿊树节点中存的pair，另⼀个是insert返回值pair
pair<iterator, bool> insert(const value_type & val);
mapped_type& operator[] (const key_type& k);
// operator的内部实现
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{
// 1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值（默认值是用默认构造构造的），同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引⽤修改返映射值。所以[]具备了插⼊ + 修改功能
// 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的迭代器，返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，所以[]具备了查找 + 修改的功能
pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });
iterator it = ret.first;
return it->second;
}
3.7 构造遍历以及增删查改样例
#include
int main()
{
pair<string, string> kv1 = {"left","左边"};
//initializer_list构造以及迭代遍历
map<string, string> dict = { {"left","左边"},{"right","右边"},{"insert","插入"},{"erase","删除"}};
map<string, string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
//cout << *it << " "; //pair不支持流提取和流插入，是一个结构体
//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;;
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;//原生写法
++it;
}
//map的插入
//insert插入pair的四种方式，对比之下最后一种最方便
pair<string, string> kv2("first","第一个");
dict.insert(kv2);
//匿名对象
dict.insert(pair<string, string>("second", "第二个"));
//make_pair
dict.insert(make_pair("sort","排序"));//make_pair是一个函数模板，不用声明模板参数，自己推导，在底层构造一个pair对象再返回
//最后一种最好用
dict.insert({"auto","自动的"});//支持隐式类型转换
//支持范围for遍历
for (auto& e : dict)
{
cout << e.first << ":" << e.second << endl;
}
cout << endl;
//结构化绑定 C++17
//for (const auto& [k,v] : dict)
//{
// cout << k << ":" << v << endl;
//}
string str;
while (cin >> str)
{
auto ret = dict.find(str);
if (ret != dict.end())
{
cout << "->" << ret->second << endl;
}
else
{
cout << "无此单词，请重新输入" << endl;
}
}
//first是不能被修改的，但是second可以被修改
return 0;
}
3.8 map的迭代器功能和[]功能样例
- 统计水果出现的次数
#include 3.9 multimap和map的差异
multimap和map的使用基本完全类似，主要区别是multimap支持关键字Key冗余，那么insert/find/count/erase都围绕着支持键值冗余有所差异。这里和set和multiset基本一样，比如find时有多个key返回中序中的第一个。其次是multimap不支持[],因为支持key冗余，[]就只能支持插入了，不支持修改。
3.10 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）
题目连接： 138. 随机链表的复制
解题思路： 让原链表与拷贝链表通过map建立映射关系
代码实现：
class Solution {
public:
Node* copyRandomList(Node* head) {
map<Node*,Node*> nodeMap;
Node* copyhead = nullptr,*copytail = nullptr;//定义一个头一个尾
Node* cur = head;
while(cur)
{
//如果为空
if(copytail == nullptr)
{
copyhead = copytail = new Node(cur->val);
}
//如果不为空
else
{
copytail->next = new Node(cur->val);
copytail = copytail->next;
}
//让原节点和拷贝节点建立map
nodeMap[cur] = copytail;
cur = cur->next;
}
//处理random
cur = head;
Node* copy = copyhead;
while(cur)
{
//原链表的random为空，则拷贝链表的random也为空
if(cur->random == nullptr)
{
copy->random = nullptr;
}
else
{
copy->random = nodeMap[cur->random];
}
cur = cur->next;
copy = copy->next;
}
return copyhead;
}
};
3.11 前K个高频单词 - 力扣（LeetCode）
题目链接： 692. 前K个高频单词
解题思路1：
用排序找前k个单词，因为map中已经对Key单词排序过，也就意味着遍历map时次序相同的单词，字典序小的在前面，字典序大的在后面，那么我们将数据放到vector中用一个稳定的排序就可以实现上面特殊的要求，但sort底层是快排，是不稳定的，所以我们要用table_sort,是稳定的。
代码实现：
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string,int>& kv1,const pair<string,int>& kv2)
{
return kv1.second > kv2.second;
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
//统计次数
map<string,int> countMap;
for(auto &str : words)
{
countMap[str]++;
}
vector<pair<string,int>> v(countMap.begin(),countMap.end());//迭代器区间初始化
stable_sort(v.begin(),v.end(),Compare());
vector<string> retv;
for(size_t i = 0; i < k ; ++i)
{
retv.push_back(v[i].first);//取的是每个pair对象中的单词
}
return retv;
}
};
解题思路2：
将map统计出来的次序，放到vector中排序，或者放到priority_queue中选出前k个，利用仿函数强制控制次数相等的，字典序小的在前面。
代码实现：
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y)
{
return x.second > y.second || (x.second == y.second && x.first < y.first);;
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k)
{
map<string, int> countMap;
for (auto& e : words)
{
countMap[e]++;
}
vector<pair<string, int>> v(countMap.begin(), countMap.end());
// 仿函数控制降序,仿函数控制次数相等，字典序⼩的在前⾯
sort(v.begin(), v.end(), Compare());
// 取前k个
vector<string> strV;
for (int i = 0; i < k; ++i)
{
strV.push_back(v[i].first);
}
return strV;
}
};
class Solution {
public:
struct Compare
{
bool operator()(const pair<string, int>& x, const pair<string, int>& y)
const
{
// 要注意优先级队列底层是反的，⼤堆要实现⼩于⽐较，所以这⾥次数相等，想要字典序⼩的在前⾯要⽐较字典序⼤的为真
return x.second < y.second || (x.second == y.second && x.first > y.first);
}
};
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k)
{
map<string, int> countMap;
for (auto& e : words)
{
countMap[e]++;
}
// 将map中的<单词，次数>放到priority_queue中，仿函数控制⼤堆，次数相同按照字典序规则排序
priority_queue<pair<string, int>, vector<pair<string, int>>, Compare>p(countMap.begin(), countMap.end());
vector<string> strV;
for (int i = 0; i < k; ++i)
{
strV.push_back(p.top().first);
p.pop();
}
return strV;
}
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