当前位置： 首页 > news >正文

【C++：map和set的使用】C++ map/multimap完全指南：从红黑树原理入门到高频算法实战

news 2025/11/6 6:21:00

🔥艾莉丝努力练剑：个人主页

❄专栏传送门：《C语言》、《数据结构与算法》、C/C++干货分享&学习过程记录、Linux操作系统编程详解、笔试/面试常见算法：从基础到进阶、测试开发要点全知道

⭐️为天地立心，为生民立命，为往圣继绝学，为万世开太平

🎬艾莉丝的简介：

🎬艾莉丝的C++专栏简介：

​​​

目录

C++的两个参考文档

5  ~>  了解map容器

5.1  map与 multimap 概述

5.2  map

5.3  multimap

5.4  map类的介绍

5.5  pair类型介绍

5.6  map和multimap的底层原理浅解

5.6.1  底层原理

5.6.2  键不可修改（key），值可修改（value）

6  ~>  map使用层详解

6.1  增删查

6.1.1  insert

6.1.2  map的构造

6.1.3  map：C++98的插入操作

6.1.4  map：C++11的插入操作

6.1.5  map的key唯一性

6.1.6  遍历方式：迭代器遍历

6.1.7  C++11：访问for

6.1.8  C++17：结构化绑定

6.1.9  查找操作：find

6.1.10  查：find

6.1.11  at

6.1.12  count

6.1.13  删除（用范围for遍历显示结果）：erase

6.1.14  博主手记

6.2  以字典dict为例，展示词频统计的两种实现方式

6.2.1  查找 + 插入

6.2.2  利用operator[ ]搞定dict查找

6.3  map和multimap的差异

6.4  map的数据修改

6.5  operator[ ]（重点）

6.5.1  插入默认值

6.5.2  插入 + 修改

6.5.3  修改已存在的值

6.5.4  查找

6.6  at()

6.6.1  修改存在的 key

6.6.2  访问不存在的 key（抛异常）

6.7  对比：operator[ ]  VS  at( )

7  ~>  map算法题实战

7.1  随机链表的复制

7.1.1  图解题给示例

7.1.2  算法实现

7.1.3  博主手记

7.2  前K个高频单词

7.2.1  题目理解

7.2.2  算法实现

7.2.2.1  写法1

7.2.2.2  写法2

7.2.2.3  写法3

8  ~>  本文博主手记

完整代码示例与实践演示

Test.cpp：

运行演示

Test_map1()

Test_map2()

Test_map3()

结尾

C++的两个参考文档

老朋友（非官方文档）：cplusplus

官方文档（同步更新）：cppreference

map和multimap的参考文档：map、multimap

5  ~>  了解map容器

5.1  map与 multimap 概述

map和multimap是C++STL中常用的关联容器，底层基于红黑树实现，支持高效的查找、插入和删除操作。

5.2  map

map的参考文档：map

5.3  multimap

multimap的参考文档：multimap

5.4  map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。

两条直线相交，其中一条直线上有一个点A，过点A作与另一条直线的垂线，焦点是B——

A点和直线上的B也可以是成映射关系。

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;

5.5  pair类型介绍

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));
}

5.6  map和multimap的底层原理浅解

5.6.1  底层原理

map和multimap底层使用红黑树（平衡二叉搜索树）实现。

5.6.2  键不可修改（key），值可修改（value）

typedef std::pair<const Key, T> value_type;

6  ~>  map使用层详解

6.1  增删查

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。

6.1.1  insert

上面是C++98标准的插入操作，下面是C++11的插入操作。

6.1.2  map的构造

map对象的构造——

6.1.3  map：C++98的插入操作

插入操作的多种方式——

C++98风格的插入 —— 构造pair对象插入：

6.1.4  map：C++11的插入操作

C++11风格的插入 —— 使用初始化列表：

6.1.5  map的key唯一性

这个插入会失败，因为“left”已存在，所以不会再插入。

6.1.6  遍历方式：迭代器遍历

再举个例子——

for (auto it = dict.begin(); it != dict.end(); ++it) 
{std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
}

6.1.7  C++11：访问for

6.1.8  C++17：结构化绑定

6.1.9  查找操作：find

6.1.10  查：find

auto it = dict.find("key");
if (it != dict.end()) 
{// 找到
}

6.1.11  at

6.1.12  count

// 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;

6.1.13  删除（用范围for遍历显示结果）：erase

auto pos = dict.find("left");
if (pos != dict.end()) 
{dict.erase(pos);
}

也可直接通过键删除——

dict.erase("left");

6.1.14  博主手记

6.2  以字典dict为例，展示词频统计的两种实现方式

6.2.1  查找 + 插入

// 查找 + 插入组合
map<string, int> countMap;
for (auto& e : arr)
{auto it = countMap.find(e);if (it != countMap.end()){it->second++;  // 存在则递增}else{countMap.insert({ e,1 });  // 不存在则插入}
}

存在时直接通过迭代器修改value（second），不存在时使用insert插入新的pair。

6.2.2  利用operator[ ]搞定dict查找

	// 利用 operator[] 的特性for (auto e : arr){countMap[e]++;}

6.3  map和multimap的差异

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。

6.4  map的数据修改

前面艾莉丝提到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，还支持插入数据和查找数据，所以他是一个多功能复合接口需要注意从内部实现角度，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。日常使用中，我们还是习惯将这里的T映射值叫做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>// 查找k，返回k所在的迭代器，没有找到返回end()，
// 如果找到了通过iterator可以修改key对应的mapped_type值
iterator find(const key_type& k);
// 文档中对insert返回值的说明 
// The single element versions (1) return a pair, with its member pair::first 
//set to an iterator pointing to either the newly inserted element or to the
//element with an equivalent key in the map.The pair::second element in the pair
//is set to true if a new element was inserted or false if an equivalent key
//already existed.
// insert插⼊⼀个pair<key, T>对象 
// 1、如果key已经在map中，插⼊失败，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，
// 返回pair对象first是key所在结点的迭代器，second是false
// 2、如果key不在在map中，插⼊成功，则返回⼀个pair<iterator,bool>对象，
// 返回pair对象first是新插⼊key所在结点的迭代器，second是true
// 也就是说无论插入成功还是失败，返回pair<iterator,bool>对象的first都会指向key所在的迭代器
// 那么也就意味着insert插⼊失败时充当了查找的功能，正是因为这⼀点，insert可以⽤来实现
operator[]
// 需要注意的是这⾥有两个pair，不要混淆了，⼀个是map底层红⿊树节点中存的pair<key, T>，
// 另⼀个是insert返回值pair<iterator, bool>pair<iterator, bool> insert(const value_type& val);
mapped_type& operator[] (const key_type& k);// operator的内部实现 
mapped_type& operator[] (const key_type& k)
{// 1、如果k不在map中，insert会插⼊k和mapped_type默认值，// 同时[]返回结点中存储mapped_type值的引⽤，那么我们可以通过引用修改返映射值。所以[]具备了插入 + 修改功能// 2、如果k在map中，insert会插⼊失败，但是insert返回pair对象的first是指向key结点的迭代器，// 返回值同时[]返回结点中存储mapped_type值的引用，所以[]具备了查找 + 修改的功能pair<iterator, bool> ret = insert({ k, mapped_type() });iterator it = ret.first;return it->second;
}

6.5  operator[ ]（重点）

文档链接：operator[]

6.5.1  插入默认值

// 插入
dict["sort"];  // 插入 {"sort", ""}，string 默认构造为空字符串

6.5.2  插入 + 修改

// 插入 + 修改
dict["left"] = "左边";  // 插入 {"left", "左边"}

6.5.3  修改已存在的值

// 查找
cout << dict["sort"] << endl; // 修改已存在的 key 的 value

6.5.4  查找

// 查找
cout << dict["sort"] << endl;  // 如果不存在会插入空字符串！

6.6  at()

6.6.1  修改存在的 key

dict.at("left") = "xxxxxxxxxx";  // 安全修改

6.6.2  访问不存在的 key（抛异常）

// dict.at("insert") = "xxxxxxxxxx";  // 抛出 std::out_of_range 异常

6.7  对比：operator[ ]  VS  at( )

特性operator[]at()
key 不存在时自动插入默认值抛出 std::out_of_range 异常
返回值value 的引用value 的引用
使用场景需要自动插入的场景确保 key 存在的安全访问
性能稍快（无异常检查）稍慢（有边界检查）

7  ~>  map算法题实战

7.1  随机链表的复制

力扣链接：138. 随机链表的复制

力扣题解链接：原链表基础上拷贝节点、置random指针、断开新旧链表解决随机链表的复制

题目描述：

7.1.1  图解题给示例

数据结构初阶阶段，为了控制随机指针，我们将拷贝结点链接在原节点的后面解决，后面拷贝节点还得解下来链接，非常麻烦。这里我们直接让{原结点，拷贝结点}建立映射关系放到map中，控制随机指针会非常简单方便，这里体现了map在解决一些问题时的价值，完全是降维打击。

7.1.2  算法实现

/*
// Definition for a Node.
class Node {
public:int val;Node* next;Node* random;Node(int _val) {val = _val;next = NULL;random = NULL;}
};
*/class Solution {
public:Node* copyRandomList(Node* head) {map<Node*,Node*> nodeMap;Node* copyhead =nullptr,*copytail = nullptr;Node* cur= head;while(cur){Node* copy=new Node(cur->val);// 尾随if(copytail == nullptr){copyhead = copytail=copy;}else{copytail->next=copy;copytail=copy;}nodeMap.insert({cur,copy});cur=cur->next;}cur = head;Node* copy = copyhead;while(cur){if(cur->random == nullptr){copy->random = nullptr;}else{copy->random = nodeMap[cur->random];}cur = cur->next;copy = copy->next;}return copyhead;}
};

时间复杂度：O(n)，空间复杂度：O(n)。

7.1.3  博主手记

本题整个的思路、算法原理、解题过程博主在纸上推导了一遍，大家可以参考一下手记的推导过程！最好做题的过程中自己也推导一遍！！！自己能够推导很重要！

7.2  前K个高频单词

力扣链接：692. 前K个高频单词

力扣题解链接：三种写法解决【前K个高频单词】

题目描述：

7.2.1  题目理解

本题目我们利用map统计出次数以后，返回的答案应该按单词出现频率由高到低排序，有一个特殊要求，如果不同的单词有相同出现频率，按字典顺序排序。

7.2.2  算法实现

7.2.2.1  写法1

用排序找前k个单词，因为map中已经对key单词排序过，也就意味着遍历map时，次数相同的单词，字典序小的在前面，字典序大的在后面。那么我们将数据放到vector中用一个稳定的排序就可以实现上面特殊要求，但是sort底层是快排，是不稳定的，所以我们要用stable_sort，他是稳定的。

// 方法1
class Solution {
public:struct kv_pair {bool operator()(const pair<string, int>& kv1,const pair<string, int> kv2)     {return kv1.second > kv2.second;}}; vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {map<string, int> countMap;for(auto& str : words) {countMap[str]++;}// multimap<int,string> sortMap;// 降序vector<pair<string, int>> v(countMap.begin(), countMap.end());// sort(v.begin(),v.end(),kv_pair());// 稳定的排序stable_sort(v.begin(), v.end(), kv_pair());for (auto& [k, v] : v) {cout << k << ":" << v << endl;}cout << endl;vector<string> ret;for (size_t i = 0; i < k; ++i) {ret.push_back(v[i].first);}return ret;}
};

时间复杂度：O(nlogn)，空间复杂度：O(n)。

7.2.2.2  写法2

自己实现一个仿函数，控制比较逻辑。

将map统计出的次数的数据放到vector中排序，或者放到priority_queue中来选出前k个。利用仿函数强行控制次数相等的，字典序小的在前面。

次数大的在前面，次数相等的、字典序小的在前面——

// 方法2
class Solution {
public:// 自己实现一个仿函数，控制比较逻辑struct kv_pair{// 次数大的在前面，次数相等的、字典序小的在前面bool operator()(const pair<string,int>& kv1,const pair<string,int>&kv2){return kv1.second > kv2.second;|| (kv1.second == kv2.second && kv1.first < kv2.first);}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {for(auto& str : words){countMap[str]++;}// multimap<int,string> sortMap;// 降序vector<pair<string,int>> v(countMap.begin(),countMap.end());sort(v.begin(),v.end(),kv_pair);for(auto& [k,v] : v){cout<< k << ":" << v << endl;}cout << endl;vector<string> ret;for(size_t i = 0;i < k;++i){ret.push_back(v[i].first);}return ret;}
};

时间复杂度：O(nlogn)，空间复杂度：O(n)。

7.2.2.3  写法3

使用优先级队列，大堆提供的小于的比较逻辑。

次数大的在前面，次数相等的，字典序小的在前面——

// 方法3
class Solution {
public:struct kv_pair{// 次数大的在前面，次数相等的，字典序小的在前面// 优先级队列，大堆提供的小于的比较逻辑bool operator()(const pair<string,int>& kv1,const pair<string,int>&kv2){return kv1.second < kv2.second|| (kv1.second == kv2.second && kv1.first > kv2.first);}};vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {map<string,int> countMap;for(auto& str : words){countMap[str]++;}// 大堆priority_queue<pair<string,int>,vector<pair<string,int>>,kv_pair> pq(countMap.begin(),countMap.end());vector<string> ret;for(size_t i = 0;i < k;++i){ret.push_back(pq.top().first);pq.pop();}return ret;}
};

时间复杂度：O(nlogn)，空间复杂度：O(n)。

8  ~>  本文博主手记

下面这里博主手记的墨水旋开了，uu们先凑合凑合看一下，内容和本文大体一致——

完整代码示例与实践演示

Test.cpp：

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS  1#include<iostream>
#include<map>
#include<string>
using namespace std;void Test_map1()
{map<string, string> dict;// C++98pair<string, string> kv1("sort", "排序");dict.insert(kv1);dict.insert(pair<string, string>("left", "左边"));dict.insert(make_pair("pair", "左边"));// C++11dict.insert({ "right","右边" });//dict.insert({ kv1,pair<string,string>("left","左边") });dict.insert({ { "string","字符串" }, { "map","地图,映射" } });// key相同就不会再插入，value不相同也不会插入dict.insert({ "left","左边xxxx" });map<string, string>::iterator it = dict.begin();while (it != dict.end()){//cout << (*it).first << ":" << (*it).second << endl;cout << it->first << ":" << it->second << endl;//cout << it.operator->()first << ":" << it.operator->()second << endl;++it;}cout << endl;for (auto& e : dict){cout << e.first << ":" << e.second << endl;}cout << endl;// 结构化绑定 C++17auto [x, y] = kv1;// 使用结构化绑定遍历//for (auto [k, v] : dict)//for (auto& [k, v] : dict)for (const auto& [k, v] : dict){cout << k << ":" << v << endl;}cout << endl;// 查找和删除auto pos = dict.find("left");if (pos != dict.end()){dict.erase(pos);}// 再次遍历显示结果for (const auto& [k, v] : dict){cout << k << ":" << v << endl;}cout << endl;
}void Test_map2()
{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> countMap;for (auto& e : arr){auto it = countMap.find(e);if (it != countMap.end()){it->second++;}else{countMap.insert({ e,1 });}countMap[e]++;}for (auto e : arr){countMap[e]++;}for (auto& [k, v] : countMap){cout << k << ":" << v << endl;}cout << endl;map<string, string> dict;// 插入dict["sort"];// 插入 + 修改dict["left"] = "左边";// 修改dict["sort"] = "排序";// 查找cout << dict["sort"] << endl;// 纯粹的查找 + 修改// atdict.at("left") = "xxxxxxxxxx";// key不存在，会抛异常dict.at("insert") = "xxxxxxxxxx"; //报错// 0x00007FF9E4CE837A处(位于 map的使用.exe 中)// 有未经处理的异常: Microsoft C++ // 异常 : std::out_of_range（抛异常），位于内存位置 0x000000279D0FEBE0处。}void Test_map3()
{multimap<string, string>dict;dict.insert({ "right","右边" });dict.insert({ "left","左边" });dict.insert({ "right","右边xxx" });dict.insert({ "right","右边" });for (const auto& [k, v] : dict){cout << k << ":" << v << endl;}cout << endl;
}int main()
{Test_map1();//Test_map2();//Test_map3();return 0;
}

运行演示

Test_map1()

Test_map2()

Test_map3()

结尾

往期回顾：

【C++：map和set的使用】C++STL容器详解：set容器从使用到高频算法题实战

结语：都看到这里啦！那请大佬不要忘记给博主来个“一键四连”哦！ 

🗡博主在这里放了一只小狗，大家看完了摸摸小狗放松一下吧！🗡

૮₍ ˶ ˊ ᴥ ˋ˶₎ა

http://www.dtcms.com/a/572611.html

相关文章：

  • GPT-OSS大模型Attention架构设计
  • 基于Mask R-CNN和TensorRT的高效草莓实例分割
  • RV1126 NO.38:OPENCV查找图形轮廓重要API讲解
  • 腾讯WAIC发布“1+3+N”AI全景图：混元3D世界模型开源，具身智能平台Tairos亮相
  • 各种开源闭源大模型，包括自己本地部署的一些8b 14b模型，支持函数调用（功能调用）function call吗？
  • Spring Boot 深度剖析：从虚拟线程到声明式 HTTP 客户端，再到云原生最优解
  • 创新的商城网站建设网站页面怎么设计
  • 2016年网站建设总结php网站开发工资多少
  • 线程3.1
  • Kubernetes基础概念和命令
  • 技术干货-MYSQL数据类型详解
  • 备份工具：rsync、Tar、Borg、Veeam 备份与恢复方案
  • 深入 Pinia 工作原理：响应式核心、持久化机制与缓存策略
  • 【前端】动态插入并渲染大量数据的方法-时间分片：使用requestAnimationFrame+DocumentFragment
  • 耶鲁大学Hello Robot研究解读：人类反馈策略的多样性与有效性
  • Unity摄像机鼠标右键旋转功能
  • Spring AI Alibaba文生图实战：从零开始编写AI图片生成Demo
  • 文本编辑器做网站国外设计师
  • 网站多久电子信息工程就业方向
  • 大连网站seo顾问企业开发网站公司
  • 南京网站设计搭建公司网站怎么做rss
  • 外包做网站谷歌seo优化
  • 博物馆网站 建设方案外贸短视频营销
  • 网站如何在360做提交微信开发公司怎么样
  • 广州微网站建设信息设计图案大全
  • 苏州吴中区专业做网站郑州哪里可以做网站
  • cms网站开发毕设简述网站建设的方法
  • 怎样建立网站挣钱网站建设功能选择表
  • 郑州加盟做网站开源程序网站
  • 万维网网站注册网站线下推广怎么做