C++中set/multiset与map/multimap的使用详解
作者：蒋灵瑜的笔记本
一、关联式容器
vector、list、deque、forward_list(C++11)等，这些容器统称为序列式容器，因为其底层为线性序列的数据结构，里面存储的是元素本身。
而关联式容器也是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是<key, value>结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高。 （插入删除只需挪动指针指向，无需挪动数据，查找时间logN）
关联式容器有两种，一种是map、set、multimap、multiset采用树形结构，他们的底层都是红黑树，另一种是哈希结构。
二、set的介绍
1、set是关联式容器，它表面上只存放value，实际底层中存放的是由<value,value>组成的键值对。
2、set调用find将采用中序遍历，可以用于排序+去重。
3、为了保证元素的唯一性，set中的元素均为const，所以并不能对元素进行修改，但可以进行插入删除。
1、接口count与容器multiset
count和find的作用一样，都是用于查找set中是否存在某个元素。
其实count是为了容器multiset设计的，该容器允许插入重复的元素，此时count会返回红黑树中被搜索元素的个数。
#include <iostream>
#include <set>
int main ()
{
std::set<int> myset;
// set some initial values:
for (int i=1; i<5; ++i) myset.insert(i*3); // set: 3 6 9 12
for (int i=0; i<10; ++i)
{
std::cout << i;
if (myset.count(i)!=0)
std::cout << " is an element of myset.\n";
else
std::cout << " is not an element of myset.\n";
}
return 0;
}2、接口lower_bound和upper_bound
lower_bound返回大于等于目标值的迭代器，upper_bound返回大于目标值的迭代器，在set中用于返回目标值的迭代器。（比如找到两个边界的迭代器，就可以使用erase对数据进行删除）
#include <iostream>
#include <map>
int main ()
{
std::map<char,int> mymap;
std::map<char,int>::iterator itlow,itup;
mymap['a']=20;
mymap['b']=40;
mymap['c']=60;
mymap['d']=80;
mymap['e']=100;
itlow=mymap.lower_bound ('b'); // itlow points to b
itup=mymap.upper_bound ('d'); // itup points to e (not d!)
mymap.erase(itlow,itup); // a => 20 e => 100
// print content:
for (std::map<char,int>::iterator it=mymap.begin(); it!=mymap.end(); ++it)
std::cout << it->first << " => " << it->second << '\n';
return 0;
}三、map的介绍
map是关联式容器，根据特定的存储顺序，用于存储由键值及其映射值组合的元素。
可以看到Alloc中有一个键值对pair，这个pair是一个key/value结构的struct模板类。这个类将一对键值耦合在一起，所以，map的存储方式是通过在搜索二叉树中存储键值对pair，而搜索二叉树的k/v模型是在节点中存储key和value，并不相同。pair的结构：
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)
{}
};
1、接口insert
make_pair是一个函数模板:
template <class T1,class T2>
pair<T1,T2> make_pair (T1 x, T2 y)
{
return ( pair<T1,T2>(x,y) );
}2、接口insert和operator[]和at
使用map统计每个字符出现个数
写法2的[]详解：
Value& operator[] (const Key& k)
{
pair<iterator,bool> ret=insert(make_pair(k,Value() ) );
//在结构体pair中找到first(一个map的迭代器)，->解引用找到该迭代器的pair，再找该pair的second(即value)
return ret.first->second;
}
//map的insert
pair<iterator,bool> insert (const value_type& pair);
//插入
dict["迭代器"];//在dict中找不到"迭代器"这个key，将新增一个节点，该节点的key为"迭代器",value为value类型的默认构造
//修改
dict["迭代器"]="iterator";//将key为"迭代器"的节点的value修改为"iterator"不难看出map的operator[]兼具查找、插入、修改三种功能。(注意如果搜寻值不在map中，map可是会帮你新增一个节点的，map底层的红黑树将发生改变)
使用operator[]，编译器会去调用insert(pair<const key,value()>)进行插入，如果没有找到key所对应的节点，则会新增一个节点并将该节点中pair的value置为value类型的默认构造；如果找到了，则返回该节点pair中value的引用。(可读可写)
at的功能和[]一样，区别在于用at找不到key将不会发生插入新节点，而是抛出异常。
3、容器multimap
multimap多个键值对中的key可以重复，所以并没有operator[]。同样的，使用find将返回中序遍历找到的第一个key值所处节点的迭代器。
四、map和set相关OJ
1、前K个高频单词
struct Compare
{
bool operator()(const pair<int,string>& a,const pair<int,string>& b)
{
return a.first>b.first || (a.first==b.first&&a.second<b.second);
}
};
class Solution {
public:
vector<string> topKFrequent(vector<string>& words, int k) {
vector<string> ret;
map<string,int> dataMap;
for(const auto& str : words)
{
dataMap[str]++;
}
vector<pair<int,string>> v;
for(auto& kv : dataMap)
{
v.push_back(make_pair(kv.second,kv.first));//dataMap的first是string，second是int
}
sort(v.begin(),v.end(),Compare());
for(int i=0;i<k;++i)
{
ret.push_back(v[i].second);
}
return ret;
}
};2、两个数组的交集
class Solution {
public:
vector<int> intersection(vector<int>& nums1, vector<int>& nums2) {
set<int> s1(nums1.begin(),nums1.end());//nums1排序+去重
set<int> s2(nums2.begin(),nums2.end());//nums2排序+去重
vector<int> ret;
for(auto& e : s1)
{
if(s2.find(e)!=s2.end())
{
ret.push_back(e);
}
}
return ret;
}
};或者将两个数组排序+去重完毕后，使用双指针求解。（可用于找交集，差集）
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