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std::set详解与应用：生成不重复的字符，确保每个字符唯一

news 2025/7/17 7:14:18

1. 什么是 std::set？

2. 基本用法

a. 创建 set

b. 插入元素

c. 查看元素

d. 删除元素

e. 遍历 set

3. std::set 的特点

a. 自动排序

b. 唯一性

c. 时间复杂度

4. std::set 与 std::unordered_set 的区别

5. 总结

std::set 是 C++ 标准库中非常有用的一种容器，它提供了一个自动排序且不允许重复元素的集合。它通常用于需要存储一组元素并且需要确保每个元素唯一的场景。

1. 什么是 `std::set`？

std::set 是 C++ 标准库中的一个关联容器。它的主要特点有：

自动排序：元素在 std::set 中是按特定顺序自动排序的（默认是升序）。你不需要手动排序，set 会在插入元素时自动完成排序。
唯一元素：std::set 中的每个元素都是唯一的，重复的元素不会被插入。试图插入重复元素时，插入操作会失败。
快速查找：std::set 是基于平衡二叉搜索树（通常是红黑树）实现的，因此它能在 O(log N) 时间内进行查找、插入和删除。

2. 基本用法

std::set 使用时，你需要包含头文件：

#include <set>

a. 创建 `set`

你可以使用默认构造函数创建一个空的 set：

std::set<int> mySet;  // 创建一个存储整数的空 set

你也可以初始化一个 set，比如通过列表初始化：

std::set<int> mySet = {5, 3, 8, 1};

b. 插入元素

使用 insert 方法来插入元素：

mySet.insert(10);  // 向 set 中插入 10
mySet.insert(3);   // 3 已经存在，不会插入

如果元素已经存在，insert 方法不会做任何操作，set 中的元素保持不变。

c. 查看元素

你可以使用 find 来查看 set 中是否包含某个元素：

auto it = mySet.find(3);  // 查找元素 3
if (it != mySet.end()) {
    std::cout << "Found: " << *it << std::endl;  // 找到元素
} else {
    std::cout << "Not found" << std::endl;  // 未找到元素
}

find 方法返回一个迭代器。如果元素存在，它返回指向该元素的迭代器；如果不存在，返回 set.end()。

d. 删除元素

使用 erase 方法删除元素：

mySet.erase(5);  // 删除元素 5

如果你传入一个迭代器，也可以删除某个特定位置的元素：

auto it = mySet.find(3);
if (it != mySet.end()) {
    mySet.erase(it);  // 删除迭代器指向的元素
}

e. 遍历 `set`

std::set 是有序的，你可以通过迭代器来遍历它：

for (auto it = mySet.begin(); it != mySet.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";  // 输出每个元素
}
std::cout << std::endl;

你还可以使用范围-based for 循环：

for (const int& value : mySet) {
    std::cout << value << " ";  // 输出每个元素
}
std::cout << std::endl;

3. `std::set` 的特点

a. 自动排序

std::set 会根据元素的大小自动排序，默认情况下是按升序排列的。例如：

std::set<int> mySet = {5, 3, 8, 1};
for (const int& value : mySet) {
    std::cout << value << " ";  // 输出 1 3 5 8（自动排序）
}
std::cout << std::endl;

如果你希望使用自定义排序规则，可以提供一个比较函数：

std::set<int, std::greater<int>> mySet = {5, 3, 8, 1};  // 按降序排序
for (const int& value : mySet) {
    std::cout << value << " ";  // 输出 8 5 3 1
}
std::cout << std::endl;

b. 唯一性

std::set 中的元素是唯一的。插入重复元素时，set 会忽略重复的插入：

std::set<int> mySet = {1, 2, 3};
mySet.insert(2);  // 不会插入，因为 2 已经在 set 中
mySet.insert(4);  // 会插入 4

for (const int& value : mySet) {
    std::cout << value << " ";  // 输出 1 2 3 4
}
std::cout << std::endl;

c. 时间复杂度

由于 std::set 是基于红黑树（平衡二叉搜索树）实现的，插入、删除和查找操作的时间复杂度都是 O(log N)，其中 N 是 set 中元素的个数。

4. `std::set` 与 `std::unordered_set` 的区别

std::set 和 std::unordered_set 都是用于存储唯一元素的容器，但是它们有以下区别：

排序：std::set 会自动对元素进行排序，而 std::unordered_set 不会，它是基于哈希表实现的，因此元素的顺序是不可预测的。
查找效率：std::unordered_set 的查找效率一般比 std::set 更高，尤其是当元素很多时。unordered_set 的查找时间复杂度通常是 O(1)，但是在最坏情况下可能会退化为 O(N)；而 std::set 的查找时间复杂度始终是 O(log N)。
std::set 是一个基于平衡二叉搜索树的容器，具有自动排序和唯一性。
插入、删除和查找元素的时间复杂度都是 O(log N)。
它适用于需要存储有序数据且不允许重复元素的场景。