如何高效移除C++关联容器中的元素
作者：Lion 莱恩呀
一、简介
关联容器将键与值关联起来，包括：
std::map，具有唯一键；std::multimap，可以有几个相同的键；std::unordered_map，具有唯一键的哈希映射；std::unordered_multimap，可以有几个相同键的哈希映射。
关联容器还包括集合（set）：
std::set，包含唯一元素；std::multiset，包含多个等价元素；std::unordered_set，包含唯一元素的哈希集；std::unordered_multiset，包含多个相同元素的哈希集。
集合包含在关联容器中，因为它们可以被视为将键和值融合到一个元素中。
二、移除给定位置的元素
如果通过迭代器位置知道关联容器元素的位置（position），那么从关联容器中删除元素就非常容易。例如：
// 移除该位置的条目。 a.erase(position); // 删除第一个(包括在内)和最后一个(不包括在内)之间的所有元素。 a.erase(first, last);
这时候，指向被删除元素的迭代器失效，但指向容器的所有其他迭代器仍然有效。这是关联容器的不同之处。
三、移除与特定键值等价的元素
对于关联容器，不谈论“等于特定键值”，而是“等价于特定键值”。
如果知道要移除的元素的键值，移除操作非常简单：
a.erase(myKey);
这将移除所有键值与 myKey 等价的元素（对于multi容器）。
移除根据值而不是键值标识的元素：如果想移除一个 map （或其multi或哈希对应容器）中根据值而不是键值标识的元素，操作就不那么直观了。
需要移除所有满足特定条件的元素，即它们的值等于某个值。
四、移除满足特定条件的元素
4.1、与序列容器的结构差异
为了根据特定条件移除序列容器中的元素，可以使用 std::remove_if。但在这里不能这样做。
在序列容器中，将要保留的元素向上移动是可行的，因为它们的值只是按顺序排列的（这是序列容器的定义）。
但关联容器有更强的约束：它们需要快速查找键值（对于非哈希容器，时间复杂度为 O(log(n))；对于哈希容器，时间复杂度为 O(1)）。为了达到这个目的，它们以更复杂的方式组织数据，通常非哈希容器使用树，而哈希容器使用表，其中精确的位置很重要。
因此，不能像 std::remove_if 那样简单地重新排列元素，否则会破坏内部结构。所以必须遵循接口。而接口中提供的是上面看到的 erase 方法。
4.2、遵循接口
移除满足特定条件的元素的一般思路是遍历容器，对每个元素检查条件，并移除返回 true 的元素。但问题是如何在遍历的同时移除元素？
考虑一下这种遍历的朴素版本：
template<typename AssociativeContainer, typename Predicate>
void erase_if(AssociativeContainer& container, Predicate shouldRemove)
{
for (auto it = begin(container); it != end(container); ++it) {
if (shouldRemove(*it)) {
container.erase(it);
}
}
}
注意，这是一种非常罕见的情况，在这种情况下，对迭代器所知不多，只知道它们是迭代器。这是永远不应该出现的代码。
看看上面示例的这一行代码：
container.erase(it);
这会使 it 失效。然后看for循环的结尾位置：
for (auto it = begin(container); it != end(container); ++it)
在 it 失效后立即执行 ++it。这会导致未定义行为。
4.3、迭代器操作
需要找到一种方法，在移除元素之前递增迭代器。为此，有几种选择。在 C++98 中，可以使用后缀递增运算符，它将首先递增迭代器，然后将未递增迭代器的副本传递给 erase：
template<typename AssociativeContainer, typename Predicate>
void erase_if(AssociativeContainer& container, Predicate shouldRemove)
{
for (auto it = begin(container); it != end(container);) {
if (shouldRemove(*it))
container.erase(it++);
else
++it;
}
}
但操作迭代器的危险行同样非常高。在 C++11 中，得到了一个风险更小的实现，因为 erase 返回移除元素后的迭代器。可以用这种方式重写代码：
template<typename AssociativeContainer, typename Predicate>
void erase_if(AssociativeContainer& container, Predicate shouldRemove)
{
for (auto it = begin(container); it != end(container);) {
if (shouldRemove(*it))
it = container.erase(it);
else
++it;
}
}
为了确保此函数仅用于关联容器，C++标准应该出现相关概念，但在此之前，可以显式地编写各种情况：
namespace details
{
template<typename AssociativeContainer, typename Predicate>
void erase_if_impl(AssociativeContainer& container, Predicate shouldRemove)
{
for (auto it = begin(container); it != end(container); /* nothing here, the increment in dealt with inside the loop */ )
{
if (shouldRemove(*it))
{
it = container.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
}
}
template<typename Key, typename Value, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::map<Key, Value, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Value, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::multimap<Key, Value, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Value, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::unordered_map<Key, Value, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Value, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::unordered_multimap<Key, Value, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::set<Key, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::multiset<Key, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::unordered_set<Key, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
template<typename Key, typename Comparator, typename Predicate>
void erase_if(std::unordered_multiset<Key, Comparator>& container, Predicate shouldRemove)
{
return details::erase_if_impl(container, shouldRemove);
}
五、总结
- 移除给定位置的元素： 使用
erase(position)或erase(first, last)方法，可以移除指定位置的元素或指定范围内的元素。 - 移除与特定键值等价的元素： 使用
erase(myKey)方法，可以移除所有键值与myKey等价的元素。 - 移除满足特定条件的元素： 由于关联容器的内部结构，无法直接使用
std::remove_if方法移除满足特定条件的元素。需要使用迭代器并手动遍历容器，检查每个元素是否满足条件，并使用erase方法移除满足条件的元素。
在移除元素时，需要注意迭代器失效的问题，并使用正确的迭代器操作方式来避免未定义行为。
本文还提供了 erase_if 函数的实现，该函数可以用于移除关联容器中满足特定条件的元素。该函数使用 erase 方法和迭代器操作来实现，并针对不同的关联容器类型进行了重载。
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