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C++ STL入门：set 集合容器
一、核心特性与适用场景
set 是 C++ STL 提供的关联式容器，基于红黑树实现，具有两大核心特性：
| 特性 | 表现形式 | 底层原理 |
|---|---|---|
| 元素唯一性 | 重复值自动去重 | 插入时进行二叉树键比对 |
| 自动排序 | 元素默认升序排列 | 红黑树中序遍历特性 |
典型应用场景：
- 数学集合运算（并集/交集）
- 数据去重（如日志分析）
- 自动排序维护（优先队列基础）
- 快速查找（O(log n)时间复杂度）
二、基础操作与代码演示
1. 容器初始化
#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;int main() {set<int> s; // 创建空集合
2. 元素操作全流程
// 插入操作s.insert(1); s.insert(2); s.insert(3); // 重复插入无效：s.insert(2); // 不会改变容器// 迭代器遍历（正序）for(auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it){cout << *it << " "; // 输出：1 2 3}cout << endl;// 查找操作cout << boolalpha; // 显示布尔值为true/falsecout << (s.find(2) != s.end()) << endl; // truecout << (s.find(5) != s.end()) << endl; // false// 删除操作s.erase(2); cout << (s.find(2) != s.end()) << endl; // falsereturn 0;
}
三、操作时间复杂度分析
| 操作类型 | 时间复杂度 | 特性说明 |
|---|---|---|
| insert() | O(log n) | 需要平衡树结构调整 |
| erase() | O(log n) | 同样涉及树重构 |
| find() | O(log n) | 二分查找特性 |
| 遍历 | O(n) | 中序遍历完整红黑树 |
| count(key) | O(log n) | 因为元素唯一，实际返回0/1 |
四、高级特性与技巧
1. 自定义排序规则
// 创建降序集合
set<int, greater<int>> s;
s.insert(3); s.insert(1); s.insert(2);
for(int x : s) cout << x << " "; // 输出：3 2 1
2. 迭代器进阶操作
auto it = s.find(3);
if(it != s.end()) {cout << *it << endl; // 访问找到的元素if(next(it) != s.end()) { // 使用std::nextcout << *next(it) << endl; // 访问下一个元素}
}
3. 批量操作优化
// 使用初始化列表批量插入
set<int> s{5,3,7,3,1}; // 最终存储{1,3,5,7}// 范围删除
auto start = s.lower_bound(2); // >=2的第一个元素
auto end = s.upper_bound(6); // >6的第一个元素
s.erase(start, end); // 删除区间[2,6]的元素
五、易错点与解决方案
| 错误类型 | 典型表现 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 非唯一访问 | 重复插入未检查返回值 | 使用insert返回值判断 |
| 迭代器失效 | 修改容器时使用旧迭代器 | 操作后重新获取迭代器 |
| 排序规则混淆 | 降序集合未指定比较器 | 显式声明greater<>参数 |
| 查找逻辑错误 | 忽略find返回值验证 | 始终用!= end()判断结果 |
插入操作返回值处理示例：
auto result = s.insert(4);
if(result.second) {cout << "插入成功，位置：" << distance(s.begin(), result.first) << endl;
} else {cout << "元素已存在，位置：" << distance(s.begin(), result.first) << endl;
}
六、性能优化技巧
- 空间预分配（C++11新增）
s.max_size(); // 查询最大容量
// 通过swap实现容量收缩
set<int>(s).swap(s);
- 合并操作优化
set<int> s1{1,2}, s2{2,3};
// 合并到s1（O(n log n)）
s1.merge(s2);
- 节点控制访问
// C++17 提取节点进行修改
auto nh = s.extract(3); // 取出元素3
nh.value() = 4; // 修改值
s.insert(move(nh)); // 重新插入
七、知识延伸与对比
| 容器类型 | 排序特性 | 查找效率 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| set | 自动排序 | O(log n) | 唯一有序数据存储 |
| unordered_set | 无序 | O(1)平均 | 快速查找无需排序 |
| multiset | 允许重复 | O(log n) | 频率统计等场景 |
| vector | 插入顺序保持 | O(n) | 需频繁随机访问的场景 |
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