C++容器map

https://cppreference.cn/w/cpp/container/map

存储唯一的、经过排序的键值对（key-value pairs）。可以通过唯一的键（key）来快速查找、插入或删除对应的值（value）。map 内部通常基于平衡二叉搜索树（如红黑树）实现

• 键值对：map 存储的是 std::pair<const Key, T> 类型的对象，其中 Key 是键，T 是值
• 唯一性：每个键在 map 中都是唯一的。尝试插入一个已存在的键会失败
• 有序性：元素根据键自动排序。默认按升序排列（使用 std::less<Key>）
• 平衡树实现：通常使用红黑树，保证了 O(log n) 的时间复杂度
• 不可变键：一旦插入，键的值不能被修改（因为键是 const 的），否则会破坏排序。如果需要“修改”键，必须先删除再重新插入

构造函数

1、默认构造函数

std::string getStringFromU8string(const std::u8string& u8str) {return std::string(reinterpret_cast<const char*>(u8str.data()), u8str.size());
}std::u8string getU8stingFromString(const std::string& str) {return std::u8string(reinterpret_cast<const char8_t*>(str.data()), str.size());
}
int main()
{system("chcp 65001");// 默认构造函数std::map<std::u8string, int> map1;map1.insert({ u8"北京", 3 });cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;for (auto it : map1){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

2、初始化列表构造函数

int main()
{system("chcp 65001");// 初始列表构造函数std::map<std::u8string, int> map1 = { {u8"北京",3},{u8"上海",4} };cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;for (auto it : map1){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

3、范围构造函数

int main()
{system("chcp 65001");std::vector<std::pair<std::u8string, int>> vec1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};// 范围构造函数std::map<std::u8string, int> map1(vec1.begin(), vec1.end());cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;for (auto it : map1){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

4、拷贝构造函数

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};// 拷贝构造函数std::map<std::u8string, int> map2(map1);cout << "map2.size()-> " << map2.size() << endl;cout << "map2.max_size()-> " << map2.max_size() << endl;cout << "map2.empty()-> " << boolalpha << map2.empty() << endl;for (auto it : map2){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

5、移动构造函数

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};// 移动构造函数std::map<std::u8string, int> map2(std::move(map1));cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map2.max_size()-> " << map2.max_size() << endl;cout << "map2.empty()-> " << boolalpha << map2.empty() << endl;for (auto it : map2){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

元素访问

函数	描述
m[key]	下标访问。如果 key 不存在，会插入一个用默认值构造的 T 并返回其引用。如果存在，返回对应值的引用
m.at(key)	访问键 key 对应的值。如果 key 不存在，抛出 std::out_of_range 异常

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;// 单个值获取cout << "map1[]-> " << map1[u8"测试"] << endl;cout << "map1[]-> " << map1.at(u8"测试") << endl;for (auto it : map1){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}
}

迭代器

函数	描述
begin() / end()	返回指向首元素和尾后位置的正向迭代器。
rbegin() / rend()	返回指向末元素和首前位置的反向迭代器。
cbegin() / cend()	返回常量正向迭代器。
crbegin() / crend()	返回常量反向迭代器。

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};for (auto it : map1){cout << "key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}for (auto it = map1.begin(); it != map1.end(); it++){cout << "begin-end, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}for (auto it = map1.cbegin(); it != map1.cend(); it++){cout << "cbegin-cend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}for (auto it = map1.rbegin(); it != map1.rend(); it++){cout << "rbegin-rend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}for (auto it = map1.crbegin(); it != map1.crend(); it++){cout << "crbegin-crend, key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}
}

容量大小

函数	描述
empty()	如果 map 为空，返回 true
size()	返回元素数量
max_size()	返回容器可容纳的最大元素数量

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;
}

修改函数

函数	描述
insert(pair)	插入一个 std::pair。返回 std::pair<iterator, bool>，bool 表示是否插入成功
insert({key, value})	直接插入键值对
insert(hint, pair)	提供插入位置的提示 hint，可能提高效率
emplace(args...)	就地构造一个 std::pair 并插入。返回 std::pair<iterator, bool>
erase(key)	删除键为 key 的元素，返回删除的元素数量（0 或 1）
erase(it)	删除迭代器 it 指向的元素
erase(first, last)	删除范围 [first, last) 的元素
clear()	删除所有元素
swap(other)	与另一个 map 交换内容

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4}};// 插入数据map1.insert({ u8"广州",5 });map1.insert(std::pair(u8"深圳", 6));map1.insert(map1.begin(), std::pair(u8"测试", 7));map1.emplace(std::pair(u8"哈哈", 8));map1.try_emplace(u8"呵呵", 9);cout << "map1.size()-> " << map1.size() << endl;cout << "map1.max_size()-> " << map1.max_size() << endl;cout << "map1.empty()-> " << boolalpha << map1.empty() << endl;for (auto it : map1){cout << "insert,key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}// 删除map1.erase(u8"哈哈");map1.erase(++map1.begin());map1.erase(++map1.begin(), --map1.end());for (auto it : map1){cout << "erase,key=" << getStringFromU8string(it.first) << ", value=" << it.second << endl;}map1.clear();
}

查找计数

函数	描述
find(key)	查找 key，返回指向它的迭代器；未找到返回 m.end()
count(key)	返回 key 在 map 中的数量（0 或 1）
contains(key)	(C++20) 检查 key 是否存在于 map 中，返回 bool
lower_bound(key)	返回指向第一个不小于 key 的元素的迭代器
upper_bound(key)	返回指向第一个大于 key 的元素的迭代器
equal_range(key)	返回一个 std::pair，包含 lower_bound 和 upper_bound 的结果

int main()
{system("chcp 65001");std::map<std::u8string, int> map1 = {{u8"北京",3},{u8"上海",4},{ u8"广州",5 },{u8"深圳", 6}};// 查找auto it = map1.find(u8"北京");if (it != map1.end()){cout << "map1.find()-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}// 计数		cout << "set1.count(2))-> " << map1.count(u8"北京") << endl;// 包含cout << "set1.contains(2))-> " << boolalpha << map1.contains(u8"北京") << endl;// lower_boundit = map1.lower_bound(u8"上海");if (it != map1.end()){cout << "set1.lower_bound(2)-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}// upper_boundit = map1.upper_bound(u8"广州");if (it != map1.end()){cout << "set1.upper_bound(2)-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}// equal_rangeauto pair = map1.equal_range(u8"深圳");for (auto it = pair.first; it != pair.second; ++it) {std::cout << "equal_range-> , key=" << getStringFromU8string(it->first) << ", value=" << it->second << endl;}
}

时间复杂度

操作	时间复杂度
insert / emplace	O(log n)
erase (键)	O(log n)
erase (迭代器)	O(1) 摊销
find / count / at	O(log n)
operator[]	O(log n) (可能涉及插入)
lower_bound / upper_bound	O(log n)
size / empty	O(1)
begin / end	O(1)