【STL】map

map

概述

std::map在C++中是一种关联容器，它存储的是键值对，键和值可以是任何类型。与数组相比，std::map有以下几个优点：

1. 动态大小：数组在创建时需要指定大小，而std::map的大小是动态的，可以在运行时添加或删除元素。
2. 键值对存储：数组通过索引访问元素，而std::map则通过键来访问对应的值。这使得我们可以使用非整数类型作为键，例如字符串。
3. 自动排序：std::map中的元素按键自动排序，无论何时插入元素，std::map都会保持排序。这对于需要有序数据的应用非常有用。
4. 查找效率：在std::map中查找元素的时间复杂度为O(log n)，而在数组中查找元素的时间复杂度为O(n)。因此，对于大数据集，std::map的查找效率更高。
5. 不存在越界问题：在数组中，如果尝试访问超出其大小的索引，会导致未定义的行为。而在std::map中，尝试访问不存在的键会返回一个特殊的迭代器end()，不会导致未定义的行为。

1. map

用于存储键值对（key - value pairs），其中每一个key都唯一

map根据键值来自动排序，也可以通过键快速查找对应值

map使用红黑树实现

功能

函数	功能	时间复杂度
insert	插入元素	O(log n)
erase	删除元素	O(log n)
find	查找元素	O(log n)
count	统计元素个数	O(log n)
size	返回元素个数	O(1)
begin	返回指向容器起始位置的迭代器	O(1)
end	返回指向容器末尾位置的迭代器	O(1)
clear	清空容器	O(n)
empty	判断容器是否为空	O(1)
lower_bound	返回指向第一个不小于指定键的元素位置	O(log n)
upper_bound	返回指向第一个不大于指定键的元素位置	O(log n)

代码

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

int main()
{
    // 创建 map，并初始化
    map<int, string> myMap = {{1, "Apple"}, {2, "Banana"}, {3, "Orange"}};
    
    // 插入元素
    myMap.insert(make_pair(4, "Grapes"));
    
    // 查找访问元素
    cout << "Value at key 2: " << myMap[2] << endl;
    
    // 遍历并打印 map 各元素
    for(const auto& pair : myMap)
    {
        cout << "Key: " << pair.first << ", Value: " << pair.second << endl;
    }
    
    // 删除元素
    myMap.erase(3);
    
    // 元素是否存在
    if(myMap.count(3) == 0)
    {
        cout << "Key 3 not found." << endl;
    }
    
    // 清空 map
    myMap.clear();
    
    // 判空
    if(myMap.empty())
    {
        cout << "Map is empty." << endl;
    }

    return 0;
}

Value at key 2: Banana
Key: 1, Value: Apple
Key: 2, Value: Banana
Key: 3, Value: Orange
Key: 4, Value: Grapes
Key 3 not found.
Map is empty.

2. multimap

功能

相比 map，multimap 允许存储多个具有相同键的键值对

函数	功能	时间复杂度
insert	插入元素	O(log n)
erase	删除元素	O(log n)
find	查找元素	O(log n)
count	统计元素个数	O(log n)
size	返回元素个数	O(1)
begin	返回指向容器起始位置的迭代器	O(1)
end	返回指向容器末尾位置的迭代器	O(1)
clear	清空容器	O(n)
empty	判断容器是否为空	O(1)

代码

#include <iostream>
#include <map>

using namespace std;

int main()
{
    // 创建 map，并初始化
    multimap<int, string> myMultimap = {{1, "Apple"}, {2, "Banana"}, {3, "Orange"}};
    
    // 插入元素
    myMultimap.insert(make_pair(3, "Grapes"));
    
    // 查找访问元素
    auto range = myMultimap.equal_range(2);
    for(auto it = range.first; it != range.second; it ++ )
    {
        cout << "Key: " << it->first << ", Value: " << it->second << endl;
    }
    
    // 遍历并打印 myMultimap 各元素
    for(const auto& pair : myMultimap)
    {
        cout << "Key: " << pair.first << ", Value: " << pair.second << endl;
    }
    
    // 删除元素
    myMultimap.erase(2);
    
    // 元素是否存在
    if(myMultimap.count(2) == 0)
    {
        cout << "Key 2 not found." << endl;
    }
    
    // 清空 myMultimap
    myMultimap.clear();
    
    // 判空
    if(myMultimap.empty())
    {
        cout << "myMultimap is empty." << endl;
    }

    return 0;
}

Key: 2, Value: Banana
Key: 1, Value: Apple
Key: 2, Value: Banana
Key: 3, Value: Orange
Key: 3, Value: Grapes
Key 2 not found.
myMultimap is empty.

3. unordered_map

功能

与 map 不同的是，unordered_map 不会根据键的顺序进行排序，而是使用哈希函数将键映射到存储桶中

具有更快的插入、删除和查找，但时间复杂度不稳定，因此通常选择 map 而非 unordered_map

函数	功能	平均时间复杂度	最坏时间复杂度
insert	插入元素	O(1)	O(n)
erase	删除元素	O(1)	O(n)
find	查找元素	O(1)	O(n)
count	统计元素个数	O(1)	O(n)
size	返回元素个数	O(1)	O(1)
clear	清空容器	O(n)	O(n)
empty	判断容器是否为空	O(1)	O(1)

代码

#include <iostream>
#include <unordered_map>

using namespace std;

int main()
{
    // 创建 map，并初始化
    unordered_map<int, string> myMap = {{1, "Apple"}, {2, "Banana"}, {3, "Orange"}};
    
    // 插入元素
    myMap.insert(make_pair(4, "Grapes"));
    
    // 查找访问元素
    cout << "Value at key 2: " << myMap[2] << endl;
    
    // 遍历并打印 unordered_map 各元素
    for(const auto& pair : myMap)
    {
        cout << "Key: " << pair.first << ", Value: " << pair.second << endl;
    }
    
    // 删除元素
    myMap.erase(3);
    
    // 元素是否存在
    if(myMap.count(3) == 0)
    {
        cout << "Key 3 not found." << endl;
    }
    
    // 清空 unordered_map
    myMap.clear();
    
    // 判空
    if(myMap.empty())
    {
        cout << "unordered_map is empty." << endl;
    }

    return 0;
}

Value at key 2: Banana
Key: 4, Value: Grapes
Key: 3, Value: Orange
Key: 2, Value: Banana
Key: 1, Value: Apple
Key 3 not found.
unordered_map is empty.