C++ STL 关联式容器

等待樱花盛开

一、前言

关联式容器在存储元素值的同时,还会为各元素额外再配备一个值(即是键,本质也是一个C++基础数据类型或自定义类型的元素),它的功能是在使用关联式容器的过程中,如果已知目标元素的键的值,则直接通过该键就可以找到目标元素,而无需再通过遍历整个容器的方式,提高效率。
关联式容器和序列化容器的最大区别是:关联式容器存储的元素是“键值对<key,value>”,而且默认会根据各元素的键值的大小做升序排序
关联式容器所具备的这些特性,归咎于 STL 标准库在实现该类型容器时,底层选用了红黑树这种数据结构来组织和存储各个键值对。

二、关联式容器种类

名称特点
map定义在 <map> 头文件中,使用该容器存储的数据,其各个元素的键必须是唯一的(即不能重复),该容器会根据各元素键的大小,默认进行升序排序(调用 std::less<T>)
set定义在 <set> 头文件中,使用该容器存储的数据,各个元素键和值完全相同,且各个元素的值不能重复(保证了各元素键的唯一性)。该容器会自动根据各个元素的键(其实也就是元素值)的大小进行升序排序(调用 std::less<T>)
multimap定义在 <map> 头文件中,和 map 容器唯一的不同在于,multimap 容器中存储元素的键可以重复
multiset定义在 <set> 头文件中,和 set 容器唯一的不同在于,multiset 容器中存储元素的值可以重复(一旦值重复,则意味着键也是重复的)

说明:此处不加入C++11新增的4种哈希容器:unordered_map、unordered_multimap 以及 unordered_set、unordered_multiset,这4种也属于关联式容器,只是哈希容器底层采用的是哈希表,不是红黑树。
注意的是:关联式容器键值对写入的顺序不一定和存储的顺序是一样的

三、pair用法

因为“键值对”不是普通类型数据,因此stl标准库提供了pair类模板,专门用来将2个普通元素first和second创建成一个新的元素<first,second>。
pair类模板定义在<utility>中,因此使用该类模板之前,需要引入该头文件,C++11之前,pair类模板提供了3种构造函数:

①默认构造函数,即创建空的 pair 对象
pair();
②直接使用 2 个元素初始化成 pair 对象
pair (const first_type& a, const second_type& b);
③拷贝(复制)构造函数,即借助另一个 pair 对象,创建新的 pair 对象
template<class U, class V> pair (const pair<U,V>& pr);

C++11中,引入右值引用后,增加了2个构造函数:

④ 移动构造函数
template<class U, class V> pair (pair<U,V>&& pr);
⑤ 使用右值引用参数,创建 pair 对象
template<class U, class V> pair (U&& a, V&& b);

C++11中还有一种pair类模板的构造函数:

pair (piecewise_construct_t pwc, tuple<Args1...> first_args, tuple<Args2...> second_args);

但是这种方法不常用,因此不做说明。

四、实例

1、pair

// 默认构造函数
    pair <string, int> pair1;
    // 使用2个元素初始化pair
    pair <string, string> pair2("name", "wei");
    // 调用拷贝构造函数
    pair <string, string> pair3(pair2);
    //调用移动构造函数
    pair <string, string> pair4(make_pair("name", "kai"));
    // 使用右值引用参数,创建 pair 对象
    pair <string, string> pair5(string("name"), string("wang"));

    std::cout << "pair1: " << pair1.first << " " << pair1.second << std::endl;
    std::cout << "pair2: " << pair2.first << " " << pair2.second << std::endl;
    std::cout << "pair3: " << pair3.first << " " << pair3.second << std::endl;
    std::cout << "pair4: " << pair4.first << " " << pair4.second << std::endl;
    std::cout << "pair5: " << pair5.first << " " << pair5.second << std::endl;

结果如下:
image.png
说明:
1)make_pair() 函数是 <utility> 头文件提供的,主要是生成一个pair对象。因此,当我们将 make_pair() 函数的返回值(是一个临时对象)作为参数传递给 pair() 构造函数时,其调用的是移动构造函数,而不是拷贝构造函数。
2)C++11允许手动为pair对象赋值,如:

pair1.first = "name";
pair1.second = "ying";

3)<utility> 还为pair对象重载了<、<=、>、>=、==、!= 运算符,运算规则是:对于进行比较的 2 个 pair 对象,先比较 pair.first 元素的大小,如果相等则继续比较 pair.second 元素的大小。
注意:对于进行比较的 2 个 pair 对象,其对应的键和值的类型比较相同,否则将没有可比性,同时编译器提示没有相匹配的运算符,即找不到合适的重载运算符。
4)pair类模板还提供一个swap()函数,主要是互换2个 pair 对象的键值对,前提是2个 pair 对象的键和值的类型要相同

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