[知識點]C++中STL容器之map

UPDATE(20190416)：寫完vector和set以後，發現很多內容所有引導到map上了……因而進行了必定的描述補充與更正。

 

零、STL目錄

　　一、容器之map

　　二、容器之vector

　　三、容器之set

 

1、前言

　　鑑於最近很多次都要用到map我卻老是出各類bug，因而決定寫一篇總結來鞏固一下。

　　這篇文章雖名爲STL容器之map，但其實包含了整個STL及其容器的概念與用途，以及諸如vector, set等基本容器的許多常規操做，能夠做爲一篇STL容器的總領性文章。

 

2、什麼是STL

　　全稱Standard Template Library，中文名標準模板庫，目的是標準化組件，屬於C++語言的一部分，說白了就是算法的整合包，最經常使用的例子即是快速排序，在C中你只能老老實實地碼出來，而C++中調用<algorithm>中的sort函數便可。

 

3、STL容器

　　STL分爲六個部分，這裏重點介紹其中的容器（containers）部分。STL容器本質是一些經常使用的數據結構的模板，簡化操做。容器分爲以下幾種，並列出幾種最經常使用的：

　　　　一、序列式容器（經常使用：vector/向量）

　　　　二、適配器容器（經常使用：stack/棧，queue/隊列，priority_queue/優先隊列）

　　　　三、關聯式容器（經常使用：set/集合，map/映射）

　　今天，咱們重點介紹map，即映射。

 

4、map的用途

　　I miss the taste of the sweeter life...哦對不起串了。

　　從名字就很好理解做用了——映射，令一物與另外一物之間創建起一一映射的關係，以便得到將不方便查找的信息。

　　舉個例子，一個很簡單的問題，讀入n個長度爲m的字符串，再詢問q次某某字符串是否在其中。初學者選擇字符一一比對，O(nmq)；這是有人說，聰明人看到字符串早就去Hash了，能夠，but，爲保證正確性，哈希值一樣會很大，開一個數組去存怕是無內存上限。

　　那好，咱們將獲得的哈希值編一個號，好比某巨大的數咱們將它視做1，另外一個巨大的數編成2，再把編號與值一一對應的關係給記錄下來，用什麼記錄？

　　map：正是在下。

 

5、map的聲明與功能

　　上面提了，map用途在於自動創建編號與值的對應。那麼STL提供了哪些函數供咱們來搗鼓裏面的東西呢？

　　函數清單：insert, begin, end, size, rbegin, rend, find, count, lower_bound, upper_bound, erase。

　　其實這些函數中大部分也是STL容器中通用的函數，下面會有詳細的使用介紹，適用於但不只限於map。

 

一、構造

map <int, string> a;

　　簡單明瞭，前者爲鍵值（key），後者爲值（value），此處爲整形&字符串的映射，二者亦可爲任何其餘支持的類型。

 

二、插入數據

　　方法一（以pair形式）：

a.insert(pair <int, string>(1, "Zhangsan")); 
a.insert(pair <int, string>(2, "Lisi")); 
a.insert(pair <int, string>(3, "Wangwu")); 

　　方法二（以value_type形式）：

a.insert(map <int, string> :: value_type(1, "Zhangsan"));  

　　方法三（以數組形式）：

a[1] = "Zhangsan";

　　須要注意的是，方法一二沒法覆蓋數據，而方法三能夠，即若是鍵值爲1的map已經被映射到「Zhangsan」，能夠經過數組形式直接修改。

 

三、數據遍歷

　　這裏引入新概念——迭代器（iterator）。先聲明：

map <int, string>::iterator it; 

　　使用方法也很簡易：

for (it = a.begin(); it != a.end(); it++)  
　　 cout << it -> first << ' ' << it -> second << endl;

　　這個是前向迭代器，一樣還有反向迭代器，以下：

map <int, string> :: reverse_iterator rit;

for (rit = a.rbegin(); rit != a.rend(); rit++)
    cout << rit -> first << ' ' << rit -> second << endl;

　　一樣地，還有用數組的方式遍歷：

int s = a.size();
for (int i = 1; i <= s; i++) 
    cout << i << ' ' << a[i] << endl;

　　其中，size函數是用來獲取map中有多少項數據。

　　注意點：在遍歷時咱們用了begin()和end()，二者類型均爲迭代器。咱們發現遍歷起始點爲begin()，當迭代器不等於end()時繼續，這意味着begin()爲開頭標識，它包括了數據內容，即第一項數據；end()爲結尾標識，但它是最後一項數據後面的一個獨立的標識，自己並不表示任何數據。

 

四、查找數據

　　①判斷是否出現用count函數

　　②判斷出如今哪裏用find函數

map <int, string> :: iterator itx;
itx = map.find(1);
int x = map.count(1);

map <int, string> :: iterator ity;
ity = map.find(4);
int y = map.count(4);

　　count函數只返回0或1，如上述代碼中，x = 1, y = 0；

　　find函數返回的是一個迭代器，如上述代碼中，itx -> first = 1, itx -> second = "Zhangsan"；

　　而若是沒有該數據的話，則返回的是it = a.end()（末尾標識）。

 

五、上界下界

　　lower_bound()返回要查找關鍵字的下界，即值 >= 給定元素的第一個位置，upper_bound()返回上界，即值 > 給定元素的第一個位置。

 1 map <int, int> a;
 2 
 3 int main() {
 4     a[1] = 1, a[2] = 2, a[3] = 3, a[4] = 4;
 5     map <int, int> :: iterator it;
 6     for (int i = 1; i <= 4; i++) {
 7         it = a.lower_bound(i);
 8         printf("%d ", it -> first);
 9     }
10     for (int i = 1; i <= 4; i++) {
11         it = a.upper_bound(i);
12         printf("%d ", it -> first);
13     }
14     return 0;
15 }

　　輸出結果爲「1 2 3 4 2 3 4 4」，其中upper_bound(4)因爲不存在，故it = a.end()，而爲何it -> first輸出4，這是個哲學問題，引用哲學家Cab的話說，「從結論上說訪問end的first是會獲得size，然而是undefined behavior（未定義行爲）」。因此大可沒必要糾結這東西了。

 

六、刪除元素

　　這裏介紹兩種刪除方法：單刪除，區間刪除。

　　單刪除即直接刪除一項，傳入參數能夠爲鍵值，也能夠爲一個迭代器。

map <int, string> :: iterator it;
a.erase(1);
it = a.find(2);
a.erase(it);

　　區間刪除只能爲迭代器。聽上去美，可是畢竟這是map不是for，當你的數據並非美好的從1到n連續編號時，你只能拿它做clear的操做了，也就是：

a.erase(a.begin(), a.end());

　　從這裏又可得知一點，erase兩個參數也是左閉右開的關係，即包括前者不包括後者。

 

七、排序問題

　　map中的元素是自動按鍵值升序排序，不管是數仍是字符串。但若是鍵值爲一個結構體，咱們須要重載小於符號。以下小程序中，咱們將囊括學號姓名兩項數據的結構體做爲鍵值，成績做爲值，而後須要以學號進行升序排序：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

#define MAXN 35

struct Stu {
    int id;
    string str;
    bool operator < (Stu const& x) const {
        return id < x.id;
    }
};

map <Stu, int> a;

int n, id, o;
string str;

int main() {
    cin >> n;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        cin >> id >> str >> o;
        a.insert(pair <Stu, int> ((Stu) {id, str}, o));
    }
    map <Stu, int> :: iterator it;
    for (it = a.begin(); it != a.end(); it++)
        cout << it -> first.id << ' ' << it -> first.str << ' ' << it -> second << endl;
    return 0;
}

 

6、小結

　　STL廣泛有一個前閉後開的特性，這裏有兩處均能體現：一處是關於begin()和end()的定義，一處是erase()的區間刪除方式，之後應該還會接觸到更多。

　　平時STL容器用的不是太多，也就queue, priority_queue, map較爲經常使用。算法卻是常常用（algorithm庫），之後有機會再慢慢總結STL的其餘部分。