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[C++刷怪笼]：set/map--优质且易操作的容器

news 2025/9/8 9:33:00

目录

1.容器概念-对map，set的简单介绍

2.容器用法-对map，set的使用说明

2.1map，set的官方介绍文档

2.2set类的介绍

2.2.1set的构造和迭代器

2.2.2set的增删查

2.2.3multiset和set的差异

2.3map类的介绍

2.3.1pair类的介绍

2.3.2map的构造

2.3.3map的增删查

2.3.4map的数据修改

2.3.5map各接口的使用实例

2.3.6map和multimap的区别

3.总结

1.容器概念-对map，set的简单介绍

前⾯我们已经接触过STL中的部分容器如：string、vector、list、deque、array、forward_list等，这些容器统称为序列式容器，因为逻辑结构为线性序列的数据结构，两个位置存储的值之间⼀般没有紧密的关联关系，⽐如交换⼀下，他依旧是序列式容器。顺序容器中的元素是按他们在容器中的存储位置来顺序保存和访问的。
关联式容器也是⽤来存储数据的，与序列式容器不同的是，关联式容器逻辑结构通常是⾮线性结构，两个位置有紧密的关联关系，交换⼀下，他的存储结构就被破坏了。顺序容器中的元素是按关键字来保存和访问的。关联式容器有map/set系列和unordered_map/unordered_set系列。
本章节讲解的map和set底层是红⿊树，红⿊树是⼀颗平衡⼆叉搜索树。set是key搜索场景的结构，map是key/value搜索场景的结构。

2.容器用法-对map，set的使用说明

2.1map，set的官方介绍文档

https://legacy.cplusplus.com/reference/set/
上面的链接是CPP官方对map和set的用法和接口的详细说明，尽管是全英文，但是花心思看懂之后是收益颇丰的。

2.2set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，如果不⽀持或者想按⾃⼰的需求⾛可以⾃⾏实现仿函数传给第⼆个模版参数
• set底层存储数据的内存是从空间配置器申请的，如需要可以⾃⼰实现内存池，传给第三个参数。
• ⼀般情况下，我们都不需要传后两个模版参数。
• set底层是⽤红⿊树实现，增删查效率是 ，迭代器遍历是⾛的搜索树的中序，所以是有序
的。O(logN)
• 前⾯部分我们已经学习了vector/list等容器的使⽤，STL容器接⼝设计，⾼度相似，所以这⾥我们
就不再⼀个接⼝⼀个接⼝的介绍，⽽是直接带着⼤家看⽂档，挑⽐较重要的接⼝进⾏介绍。

2.2.1set的构造和迭代器

set的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。
set的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，set的iterator和const_iterator都不⽀持迭代器修改数据，修改 关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。代码如下：
// 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();

2.2.2set的增删查

为了方便大家的理解，我为大家简化一下，了解以下接口即可。

Member types
key_type -> The first template parameter (T)
value_type -> The first template parameter (T)// 单个数据插⼊，如果已经存在则插⼊失败
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val，返回val所在的迭代器，没有找到返回end()iterator find (const value_type& val);
// 查找val，返回Val的个数
size_type count (const value_type& val) const;
// 删除⼀个迭代器位置的值
iterator erase (const_iterator position);
// 删除val，val不存在返回0，存在返回1
size_type erase (const value_type& val);
// 删除⼀段迭代器区间的值
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);// 返回⼤于等val位置的迭代器
iterator lower_bound (const value_type& val) const;
// 返回⼤于val位置的迭代器
iterator upper_bound (const value_type& val) cons

在熟悉接口之后。我们需要通过实践来加强对相关接口的应用和理解。
#include<iostream>
#include<set>using namespace std;
int main()
{// 去重+升序排序set<int> s;// 去重+降序排序（给⼀个⼤于的仿函数）//set<int, greater<int>> s;s.insert(5);s.insert(2);s.insert(7);s.insert(5);//set<int>::iterator it = s.begin();auto it = s.begin();while (it != s.end()){// error C3892: “it”: 不能给常量赋值// *it = 1;cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 插⼊⼀段initializer_list列表值，已经存在的值插⼊失败s.insert({ 2,8,3,9 });for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;set<string> strset = { "sort", "insert", "add" };// 遍历string⽐较ascll码⼤⼩顺序遍历的for (auto& e : strset){cout << e << " ";}cout << endl;set<int> s = { 4,2,7,2,8,5,9 };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;// 直接删除xint 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;// 直接查找在利⽤迭代器删除xcin >> 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;// 算法库的查找 O(N)auto pos1 = find(s.begin(), s.end(), x);// set⾃⾝实现的查找 O(logN)auto pos2 = s.find(x);// 利⽤count间接实现快速查找cin >> x;if (s.count(x)){cout << x << "在！" << endl;}else{cout << x << "不存在！" << endl;}return 0;
}
衷心建议读者在看完之后能跟着一起敲一遍，这样对set容器的看法也会跟着上升一个水平。

2.2.3multiset和set的差异

multiset和set的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multiset⽀持值冗余，那insert/find/count/erase都围绕着⽀持值冗余有所差异，具体参看下⾯的样例代码理解。
#include<iostream>
#include<set>using namespace std;int main()
{// 相⽐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;// 相⽐set不同的是，x可能会存在多个，find查找中序的第⼀个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给值时会删除所有的xs.erase(x);for (auto e : s){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

multiset和set的差异通过代码体现出来之后让人易懂，建议上手实践。

2.3map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，set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版参数，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，我们都不需要传后两个模版参数。map底层是⽤红⿊树实现，增删查改效率是 O(logN) ，迭代器遍历是⾛的中序，所以是按key有序顺序遍历的。

template < class Key, // map::key_typeclass T, // map::mapped_typeclass Compare = less<Key>, // map::key_compareclass Alloc = allocator<pair<const Key,T> > //map::allocator_type> class map;

2.3.1pair类的介绍

map底层的红⿊树节点中的数据，使⽤pair<Key, T>存储键值对数据。
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) );
}

2.3.2map的构造

map的构造我们关注以下⼏个接⼝即可。
map的⽀持正向和反向迭代遍历，遍历默认按key的升序顺序，因为底层是⼆叉搜索树，迭代器遍历⾛的中序；⽀持迭代器就意味着⽀持范围for，map⽀持修改value数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，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();

2.3.3map的增删查

map的增删查关注以下⼏个接⼝即可：
map增接⼝，插⼊的pair键值对数据，跟set所有不同，但是查和删的接⼝只⽤关键字key跟set是完全类似的，不过find返回iterator，不仅仅可以确认key在不在，还找到key映射的value，同时通过迭代还可以修改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;

2.3.4map的数据修改

前⾯我提到map⽀持修改mapped_type 数据，不⽀持修改key数据，修改关键字数据，破坏了底层搜索树的结构。
map第⼀个⽀持修改的⽅式时通过迭代器，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[]不仅仅⽀持修改，还⽀持插⼊数据查找数据，所以他是⼀个多功能复合接⼝
需要注意从内部实现⻆度，map这⾥把我们传统说的value值，给的是T类型，typedef为 mapped_type。⽽value_type是红⿊树结点中存储的pair键值对值。⽇常使⽤我们还是习惯将这⾥的T映射值叫做value。

2.3.5map各接口的使用实例

#include<iostream>
#include<set>
#include<algorithm>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;int main()
{//initializer_list构造及迭代遍历map<string, string> dict = {{"left", "左边"}, {"right", "右边"},{"insert", "插⼊"},{ "string", "字符串" }};//map<string, string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();while(it != dict.end()){//cout << (*it).first <<":"<<(*it).second << endl;// map的迭代基本都使⽤operator->,这⾥省略了⼀个->// 第⼀个->是迭代器运算符重载，返回pair*，第⼆个箭头是结构指针解引⽤取pair数据//cout << it.operator->()->first << ":" << it.operator->()->second << endl;cout << it -> first << ":" << it -> second <<endl;++it;}cout << endl;// insert插⼊pair对象的4种⽅式，对⽐之下，最后⼀种最⽅bianpair<string, string> kv1 = {"first", "首先"};dict.insert(kv1);dict.insert(pair<string, string>("second", "第二个"));dict.insert(make_pair("sort", "排序"));dict.insert({"auto", "自动的"});//由于之前已经插入过--因此插入失败dict.insert({"second", "第二个"});//范围for遍历for(auto e : dict){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;string str;while(cin >> str){auto pos = dict.find(str);if(pos != dict.end()){cout << "->" << pos->second << endl;}else{cout << "查无此单词" << endl;}}// erase等接⼝跟set完全类似，这⾥就不演⽰讲解了利⽤find和iterator修改功能，统计⽔果出现的次数string arr[] = { "苹果", "西⽠", "苹果", "西⽠", "苹果", "苹果", "西⽠","苹果", "⾹蕉", "苹果", "⾹蕉" };map<string, int> fmap;for(auto e : arr){auto it = fmap.find(e);if(it == fmap.end())fmap.insert({e, 1});elseit->second++;}for(auto e : fmap){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;利⽤[]插⼊+修改功能，巧妙实现统计⽔果出现的次数string arr[] = { "苹果", "苹果", "西⽠", "苹果", "苹果", "西⽠","苹果", "⾹蕉", "苹果", "⾹蕉" };map<string, int> fmap;for(auto str : arr){fmap[str]++;}for(auto e : fmap){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;map<string, string> dict;dict.insert(make_pair("sort", "排序"));// key不存在->插⼊ {"insert", string()}dict["insert"];// 插⼊+修改dict["left"] = "左边";// 修改dict["left"] = "左边、剩余";// key存在->查找cout << dict["left"] << endl;return 0;
}

2.3.6map和multimap的区别

multimap和map的使⽤基本完全类似，主要区别点在于multimap⽀持关键值key冗余，那么
insert/find/count/erase都围绕着⽀持关键值key冗余有所差异，这⾥跟set和multiset完全⼀样，⽐如find时，有多个key，返回中序第⼀个。其次就是multimap不⽀持[]，因为⽀持key冗余，[]就只能⽀持插⼊了，不能⽀持修改。

3.总结

在 C++ STL 中，set（集合）和map（映射）是两类核心的关联容器，均基于红黑树（自平衡二叉搜索树）实现，具备 “元素有序”“自动去重（部分）”“高效操作” 的特性，但适用场景和数据存储结构存在明确差异，在合适的场景正确使用是一个优秀程序员所需要掌握的。set和map是 C++ 中处理有序数据的基础工具，理解其底层原理（红黑树）和适用场景，能高效解决 “去重”“有序遍历”“键值映射” 等常见问题。我们要通过在平日里的多加练习，刷题以加强对各容器的理解和掌握。


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