C++：map容器

前言：在 C++ STL 中，map是一种关联容器，用于存储键值对（key-value） 数据，并且会根据键（key）自动排序。它的核心特点是键唯一且按键有序，非常适合需要通过键快速查找、插入和删除值的场景。

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1. map 的核心特性

• 键值对存储：每个元素是一个pair<const Key, Value>结构，包含一个键（key）和一个值（value）。
• 键的唯一性：同一个键只能出现一次，插入重复键会被忽略（或覆盖，取决于用法）。
• 自动排序：元素会按照键的大小自动排序（默认升序），排序规则可自定义。
• 底层实现：通常基于红黑树（自平衡二叉搜索树），因此插入、删除、查找操作的时间复杂度均为 O(log n)。
• 迭代器支持：提供双向迭代器，可遍历元素，但不能随机访问（如it + 2不允许）。

2. 头文件与定义

使用map需包含头文件 <map>，并使用std命名空间：

#include <map>
using namespace std;// 定义一个默认map（键为int，值为string，按key升序）
map<int, string> m;// 定义一个按key降序排列的map
map<int, string, greater<int>> m_desc;

map的模板参数说明：

• 第一个参数：键（key）的类型（如int）
• 第二个参数：值（value）的类型（如string）
• 第三个参数（可选）：比较器类型（默认less<Key>，即升序）

3. 常用操作

（1）插入元素

有多种插入方式，最常用的是insert()和直接赋值：

map<int, string> m;// 方式1：insert()插入pair对象
m.insert(pair<int, string>(1, "apple"));// 方式2：insert()插入make_pair（更简洁）
m.insert(make_pair(2, "banana"));// 方式3：直接赋值（若key已存在，会覆盖原有value）
m[3] = "pear";// 方式4：C++11及以上，插入初始化列表
m.insert({{4, "orange"}, {5, "grape"}});// 插入重复key（会被忽略）
auto result = m.insert(make_pair(1, "cherry"));
if (!result.second) {cout << "键1已存在，值为：" << result.first->second << endl;
}

insert()返回值是pair<iterator, bool>：

• 第一个元素：指向插入位置的迭代器
• 第二个元素：true表示插入成功，false表示 key 已存在

（2）访问元素

• 通过[key]访问：若 key 不存在，会自动插入一个默认值（如空字符串、0 等）。
• 通过at(key)访问：若 key 不存在，会抛出out_of_range异常（更安全）。
• 通过迭代器访问：遍历或定位元素时使用。

map<int, string> m = {{1, "apple"}, {2, "banana"}, {3, "pear"}};// 方式1：[key]访问（可能自动插入新元素）
cout << m[2] << endl; // 输出：banana
cout << m[4] << endl; // 键4不存在，插入默认值（空字符串）// 方式2：at(key)访问（安全检查）
try {cout << m.at(3) << endl; // 输出：pearcout << m.at(5) << endl; // 抛出异常
} catch (const out_of_range& e) {cout << "访问失败：" << e.what() << endl;
}// 方式3：迭代器访问
auto it = m.find(1);
if (it != m.end()) {cout << "键" << it->first << "的值是：" << it->second << endl;
}

（3）删除元素

• erase(key)：删除键为key的元素，返回删除的元素个数（0 或 1）。
• erase(pos)：删除迭代器pos指向的元素，无返回值。
• erase(begin, end)：删除迭代器范围[begin, end)内的元素，无返回值。
• clear()：清空所有元素。

map<int, string> m = {{1, "apple"}, {2, "banana"}, {3, "pear"}};// 删除键为2的元素
m.erase(2); // 删除第一个元素
auto it = m.begin();
m.erase(it); // 清空map
m.clear();

（4）查找元素

• find(key)：查找键为key的元素，返回指向该元素的迭代器；若不存在，返回end()。
• count(key)：返回键为key的元素个数（由于键唯一，结果只能是 0 或 1）。
• lower_bound(key)：返回第一个键大于等于key的元素迭代器。
• upper_bound(key)：返回第一个键大于key的元素迭代器。

map<int, string> m = {{1, "apple"}, {3, "banana"}, {5, "pear"}};// 查找键3
auto it = m.find(3);
if (it != m.end()) {cout << "找到：" << it->first << " → " << it->second << endl;
}// 检查键2是否存在
if (m.count(2) == 0) {cout << "键2不存在" << endl;
}// 查找第一个键>=4的元素（指向5）
auto it_low = m.lower_bound(4);// 查找第一个键>3的元素（指向5）
auto it_high = m.upper_bound(3);

（5）遍历元素

通过迭代器遍历，由于元素按键排序，遍历结果会按键的顺序输出：

map<int, string> m = {{3, "pear"}, {1, "apple"}, {2, "banana"}};// 正向遍历（按key升序）
for (auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it) {// first是键，second是值cout << it->first << " → " << it->second << endl;
}
// 输出：1→apple  2→banana  3→pear// C++11及以上：范围for循环
for (const auto& pair : m) {cout << pair.first << " → " << pair.second << endl;
}// 反向遍历（按key降序）
for (auto it = m.rbegin(); it != m.rend(); ++it) {cout << it->first << " → " << it->second << endl;
}
// 输出：3→pear  2→banana  1→apple

（6）其他常用方法

• size()：返回键值对的数量。
• empty()：判断 map 是否为空（空则返回true）。
• swap(other_map)：与另一个 map 交换内容。

map<int, string> m = {{1, "a"}, {2, "b"}};
cout << "元素数量：" << m.size() << endl; // 输出：2if (!m.empty()) {cout << "map不为空" << endl;
}map<int, string> m2;
m.swap(m2); // m变空，m2包含原m的元素

4. 自定义键类型与排序规则

当map的键是自定义类型时，需要指定排序规则（通过比较器）。

示例：用map存储学生信息，按学号降序排列

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;// 自定义键类型：学生学号
class StudentID {
public:int grade; // 年级int num;   // 学号StudentID(int g, int n) : grade(g), num(n) {}
};// 自定义比较器：按年级降序，年级相同则按学号降序
class CompareID {
public:bool operator()(const StudentID& a, const StudentID& b) const {if (a.grade != b.grade) {return a.grade > b.grade; // 年级高的在前}return a.num > b.num; // 年级相同，学号大的在前}
};int main() {// 键为StudentID，值为学生姓名，比较器为CompareIDmap<StudentID, string, CompareID> students;students.insert({ StudentID(3, 101), "Alice" });students.insert({ StudentID(2, 202), "Bob" });students.insert({ StudentID(3, 103), "Charlie" });// 遍历输出（按年级降序：3年级 → 2年级）for (const auto& pair : students) {cout << "年级：" << pair.first.grade<< "，学号：" << pair.first.num<< "，姓名：" << pair.second << endl;}return 0;
}

输出结果：

年级：3，学号：103，姓名：Charlie
年级：3，学号：101，姓名：Alice
年级：2，学号：202，姓名：Bob

5. 与 unordered_map 的区别

特性	map	unordered_map
底层实现	红黑树	哈希表
排序	按键自动排序	无序
查找效率	O(log n)	平均 O (1)，最坏 O (n)
内存占用	较低（红黑树结构紧凑）	较高（哈希表需预留空间）
适用场景	需要有序遍历或范围查询	追求极致查找效率

6. 注意事项

• map的键是常量（const Key），不能直接修改（会破坏排序），若需修改键，需先删除旧键值对，再插入新的。
• 使用[key]访问时，若键不存在会自动插入默认值，可能导致意外行为（如需避免，可用find()或at()）。
• 迭代器在插入和删除操作后，只有被删除元素的迭代器失效，其他迭代器仍然有效。

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总结：map是 STL 中处理键值对数据的重要容器，其有序性和高效的查找能力使其在需要通过键快速定位值的场景中（如字典、索引表等）非常实用。掌握map的用法，能帮助你更高效地处理关联数据。