2022-06-28

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C++-primer-11章

第十一章关联容器

关联容器和顺序容器的不同：关联容器中的元素时按照关键字来保存和访问的。
关联容器支持通过关键字来高效地查找和读取元素，基本的关联容器类型是 map和 set。

关联容器类型：

容器类型	解释
按顺序存储
`map`	关键数组：保存`关键字-值`对
`set`	关键字即值，即只保存关键字的容器
`multimap`	支持同一个键多次出现的`map`
`multiset`	支持同一个键多次出现的`set`
无序集合
`unordered_map`	用哈希函数组织的`map`
`unordered_set`	用哈希函数组织的`set`
`unordered_multimap`	哈希组织的`map`，关键字可以重复出现
`unordered_multiset`	哈希组织的`set`，关键字可以重复出现

map 是关联容器， vector 是顺序容器。map 是键值对，而 set 只有键没有值。当我需要存储键值对的时候使用 map，而只需要键的时候使用 set。set 是有序不重复集合，底层实现是红黑树(平衡二叉查找树)，而 list 是无序可重复集合，底层实现是链表。

分别给出最适合使用list、vector、deque、map以及set的例子。

list：双向链表，适合频繁插入删除元素的场景。
vector：适合频繁访问元素的场景。
deque：双端队列，适合频繁在头尾插入删除元素的场景。
map：字典。
set：适合有序不重复的元素的场景。

关联容器概述

定义关联容器

需要指定元素类型。
列表初始化：
- map：map<string, int> word_count = {{"a", 1}, {"b", 2}};
- set：set<string> exclude = {"the", "a"};

关键字类型的要求

对于有序容器，关键字类型必须定义元素比较的方法。默认是<。
如果想传递一个比较的函数，可以这样定义：multiset<Sales_data, decltype(compareIsbn)*> bookstore(compareIsbn);

可以定义一个vector<int>::iterator 到 int 的map吗？list<int>::iterator 到 int 的map呢？对于两种情况，如果不能，解释为什么。

可以定义 vector<int>::iterator 到 int 的map，但是不能定义 list<int>::iterator 到 int 的map。因为map的键必须实现 < 操作，list 的迭代器不支持比较运算。

pair

在utility头文件中定义。
一个pair保存两个数据成员，两个类型不要求一样。

pair的操作：

操作	解释
`pair<T1, T2> p;`	`p`是一个`pair`，两个类型分别是`T1`和`T2`的成员都进行了值初始化。
`pair<T1, T2> p(v1, v2);`	`first`和`second`分别用`v1`和`v2`进行初始化。
`pair<T1, T2>p = {v1, v2};`	等价于`p(v1, v2)`
`make_pair(v1, v2);`	`pair`的类型从`v1`和`v2`的类型推断出来。
`p.first`	返回`p`的名为`first`的数据成员。
`p.second`	返回`p`的名为`second`的数据成员。
`p1 relop p2`	运算关系符按字典序定义。
`p1 == p2`	必须两对元素两两相等
`p1 != p2`	同上

创建pair的方法:

1
2
3

vec.push_back(std::make_pair(str, i));
vec.push_back({ str, i });
vec.push_back(std::pair<string, int>(str, i));

关联容器操作

关联容器额外的类型别名：

类型别名	解释
`key_type`	此容器类型的关键字类型
`mapped_type`	每个关键字关联的类型，只适用于`map`
`value_type`	对于`map`，是`pair<const key_type, mapped_type>`; 对于`set`，和`key_type`相同。

关联容器迭代器

解引用一个关联容器迭代器时，会得到一个类型为容器的value_type的值的引用。
set的迭代器是const的。
遍历关联容器：使用begin和end，遍历map、multimap、set、multiset时，迭代器按关键字升序遍历元素。

添加元素

关联容器insert操作：

`insert`操作	关联容器
`c.insert(v)` `c.emplace(args)`	`v`是`value_type`类型的对象；`args`用来构造一个元素。对于`map`和`set`，只有元素的关键字不存在`c`中才插入或构造元素。函数返回一个`pair`，包含一个迭代器，指向具有指定关键字的元素，以及一个指示插入是否成功的`bool`值。对于`multimap`和`multiset`则会插入范围中的每个元素。
`c.insert(b, e)` `c.insert(il)`	`b`和`e`是迭代器，表示一个`c::value_type`类型值的范围；`il`是这种值的花括号列表。函数返回`void`。对于 `map`和`set`，只插入关键字不在`c`中的元素。
`c.insert(p, v)` `c.emplace(p, args)`	类似`insert(v)`，但将迭代器`p`作为一个提示，指出从哪里开始搜索新元素应该存储的位置。返回一个迭代器，指向具有给定关键字的元素。

向map添加元素：返回值是一个pair，ret.first->second指的是map中元素的值部分。ret.first提取map中的元素，也是一个pair。

word_count.insert({word, 1});
word_count.insert(make_pair(word, 1));
word_count.insert(pair<string, size_t>(word, 1));
word_count.insert(map<string, size_t>::value_type (word, 1));

while (cin >> word)
{
	auto result = word_count.insert({word, 0});
	++(result.first->second);
}
//给定一个map<string, vector<int>>，对此容器的插入一个元素的insert版本，写出其参数类型和返回类型。
std::pair<std::string, std::vector<int>>    // 参数类型
std::pair<std::map<std::string, std::vector<int>>::iterator, bool> // 返回类型，成功插入时bool值为true

若insert成功：先添加一个元素，然后返回一个 pair，pair 的 first元素是一个迭代器。这个迭代器指向刚刚添加的元素，这个元素是pair，然后递增pair的second成员。若insert失败：递增已有指定关键字的元素的 second成员。

删除元素

从关联容器中删除元素：

操作	解释
`c.erase(k)`	从`c`中删除每个关键字为`k`的元素。返回一个`size_type`值，指出删除的元素的数量。
`c.erase(p)`	从`c`中删除迭代器`p`指定的元素。`p`必须指向`c`中一个真实元素，不能等于`c.end()`。返回一个指向`p`之后元素的迭代器，若`p`指向`c`中的尾元素，则返回`c.end()`
`c.erase(b, e)`	删除迭代器对`b`和`e`所表示范围中的元素。返回`e`。

下标操作

map和unordered_map的下标操作：

操作	解释
`c[k]`	返回关键字为`k`的元素；如果`k`不在`c`中，添加一个关键字为`k`的元素，对其值初始化。
`c.at(k)`	访问关键字为`k`的元素，带参数检查；若`k`不存在在`c`中，抛出一个`out_of_range`异常。

1
2
3

trans_map[key] = value.substr(1);
//改为
trans_map.insert({key, value.substr(1)});

当一个转换规则的关键字多次出现的时候，使用下标运算符会保留最后一次添加的规则，而用insert则保留第一次添加的规则。

查找元素

在一个关联容器中查找元素:

操作	解释
`c.find(k)`	返回一个迭代器，指向第一个关键字为`k`的元素，若`k`不在容器中，则返回尾后迭代器
`c.count(k)`	返回关键字等于`k`的元素的数量。对于不允许重复关键字的容器，返回值永远是0或1。
`c.lower_bound(k)`	返回一个迭代器，指向第一个关键字不小于`k`的元素。
`c.upper_bound(k)`	返回一个迭代器，指向第一个关键字大于`k`的元素。
`c.equal_range(k)`	返回一个迭代器`pair`，表示关键字等于`k`的元素的范围。若`k`不存在，`pair`的两个成员均等于`c.end()`。

lower_bound和upper_bound不适用于无序容器。
下标和at操作只适用于非const的map和unordered_map。

无序容器

有序容器使用比较运算符来组织元素；无序容器使用哈希函数和关键字类型的==运算符。
理论上哈希技术可以获得更好的性能。
无序容器在存储上组织为一组桶(bucket)，每个桶保存零个或多个元素。无序容器使用一个哈希函数将元素映射到桶。

无序容器管理操作：

操作	解释
桶接口
`c.bucket_count()`	正在使用的桶的数目
`c.max_bucket_count()`	容器能容纳的最多的桶的数目
`c.bucket_size(n)`	第`n`个桶中有多少个元素
`c.bucket(k)`	关键字为`k`的元素在哪个桶中
桶迭代
`local_iterator`	可以用来访问桶中元素的迭代器类型
`const_local_iterator`	桶迭代器的`const`版本
`c.begin(n)`，`c.end(n)`	桶`n`的首元素迭代器
`c.cbegin(n)`，`c.cend(n)`	与前两个函数类似，但返回`const_local_iterator`。
哈希策略
`c.load_factor()`	每个桶的平均元素数量，返回`float`值。
`c.max_load_factor()`	`c`试图维护的平均比桶大小，返回`float`值。`c`会在需要时添加新的桶，以使得`load_factor<=max_load_factor`
`c.rehash(n)`	重组存储，使得`bucket_count>=n`，且`bucket_count>size/max_load_factor`
`c.reverse(n)`	重组存储，使得`c`可以保存`n`个元素且不必`rehash`。