C++ map 和 unordered_map 的区别和联系
C++ map 和 unordered_map 的区别和联系
map 和 unordered_map 都是 C++ 标准库中关联容器，用于存储键值对。它们的主要区别在于底层实现和性能特性，联系在于它们都提供了键值对的存储和访问功能。
区别：
| 特性 | map | unordered_map |
|---|---|---|
| 底层实现 | 红黑树 (Red-Black Tree) | 哈希表 (Hash Table) |
| 排序 | 键是有序的 (默认按键的 < 运算符排序) | 键是无序的 |
| 查找复杂度 | O(log n) (n 是元素数量) | 平均 O(1)，最坏 O(n) (取决于哈希函数和冲突) |
| 插入复杂度 | O(log n) | 平均 O(1)，最坏 O(n) (取决于哈希函数和冲突) |
| 删除复杂度 | O(log n) | 平均 O(1)，最坏 O(n) (取决于哈希函数和冲突) |
| 内存占用 | 通常比 unordered_map 略小 | 通常比 map 略大 (需要额外的空间用于哈希表) |
| 迭代器 | 迭代器按键的顺序遍历元素 | 迭代器遍历元素的顺序是不确定的 |
| 适用场景 | 需要键的有序性，例如范围查询，按顺序输出 | 追求快速查找、插入和删除，不关心键的顺序 |
| 哈希函数 | N/A (使用 < 运算符进行比较) | 需要提供哈希函数 (或使用默认的 std::hash) |
详细解释：
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底层实现：
map使用红黑树作为底层数据结构。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，保证了在插入、删除和查找操作时，树的高度始终保持在 O(log n) 级别。unordered_map使用哈希表作为底层数据结构。哈希表通过哈希函数将键映射到桶 (bucket) 中，从而实现快速的查找。
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排序：
map中的键是有序的，默认情况下按照键的<运算符进行排序。这意味着你可以按顺序遍历map中的元素。unordered_map中的键是无序的。元素的存储顺序取决于哈希函数和插入顺序。
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查找复杂度：
map的查找复杂度为 O(log n)，因为需要在红黑树中进行搜索。unordered_map的平均查找复杂度为 O(1)，因为哈希表可以根据键直接定位到对应的桶。但是，在最坏情况下 (例如，所有键都哈希到同一个桶)，查找复杂度会退化为 O(n)。
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插入和删除复杂度：
map的插入和删除复杂度为 O(log n)，因为需要在红黑树中进行调整。unordered_map的平均插入和删除复杂度为 O(1)。但是，在最坏情况下，插入和删除复杂度会退化为 O(n)，并且可能需要重新哈希 (rehash) 以保持性能。
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内存占用：
map的内存占用通常比unordered_map略小，因为它不需要额外的空间用于哈希表。unordered_map的内存占用通常比map略大，因为它需要额外的空间用于哈希表，并且可能需要预留一些空桶以减少冲突。
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迭代器：
map的迭代器按键的顺序遍历元素。unordered_map的迭代器遍历元素的顺序是不确定的，取决于哈希函数和插入顺序。
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适用场景：
- 如果你需要键的有序性，例如范围查询或按顺序输出，那么
map是一个更好的选择。 - 如果你追求快速查找、插入和删除，并且不关心键的顺序，那么
unordered_map是一个更好的选择。
- 如果你需要键的有序性，例如范围查询或按顺序输出，那么
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哈希函数：
map不需要提供哈希函数，因为它使用<运算符进行比较。unordered_map需要提供哈希函数，用于将键映射到桶中。你可以使用默认的std::hash，也可以自定义哈希函数。
联系：
- 都是关联容器： 它们都用于存储键值对，并提供基于键的访问功能。
- 提供类似的操作： 它们都提供了
insert、erase、find、count等操作，用于插入、删除、查找和统计元素。 - 都是模板类： 它们都是模板类，可以存储任意类型的键和值。
示例代码：
#include <iostream>
#include <map>
#include <unordered_map>
#include <string>int main() {// mapstd::map<std::string, int> myMap;myMap["apple"] = 1;myMap["banana"] = 2;myMap["orange"] = 3;std::cout << "map elements (ordered):" << std::endl;for (auto const& [key, val] : myMap) {std::cout << key << ": " << val << std::endl;}// unordered_mapstd::unordered_map<std::string, int> myUnorderedMap;myUnorderedMap["apple"] = 1;myUnorderedMap["banana"] = 2;myUnorderedMap["orange"] = 3;std::cout << "\nunordered_map elements (unordered):" << std::endl;for (auto const& [key, val] : myUnorderedMap) {std::cout << key << ": " << val << std::endl;}return 0;
}
总结：
选择 map 还是 unordered_map 取决于你的具体需求。如果你需要键的有序性，或者需要进行范围查询，那么 map 是一个更好的选择。如果你追求快速查找、插入和删除，并且不关心键的顺序，那么 unordered_map 是一个更好的选择。 在实际应用中，通常需要根据具体情况进行性能测试，以确定哪种容器更适合你的需求。