三、【C++ STL】容器之關聯式容器

1、關聯式容器

　　關聯容器在存儲時是以關鍵字key爲下標進行存儲的，標準的STL關聯容器分爲set和map兩大類，以後的衍生版本有multiset和multimap，它們的區別是在存儲時是否允許出現關鍵字key相同的狀況。這些容器的底層機制均以RB-tree(紅黑樹)完成。

　　此外，SGI STL還提供了一個不在標準規格之列的關聯式容器：hash table，以及基於hash table而完成的hash_set和hash_map。但在C++11中，由於標準化的推動，unordered_map原來屬於boost分支和std::tr1中，而hash_map屬於非標準容器。儘可能使用unordered_，代替hash_，兩者在底層上實現機理是同樣的。

一、對組pair類型提供的操做

對組pair包含兩個數據值。具體的使用方法以下：

 

1     pair<T1, T2> p1;

 

建立一個空的pair對象，它的兩個元素分別是T1和T2類型，採用值初始化。

 

 

1     pair<T1, T2> p1(v1, v2);

 

建立一個pair對象，它的兩個元素分別是T1和T2類型，其中first成員初始化爲v1，second成員初始化爲v2。

 

 

1     make_pair(v1, v2);

 

以v1和v2值建立一個新的pair對象，其元素的類型分別是v1和v2的類型。

 

 

1 　　p1 < p2;

 

兩個pair對象之間的小於運算，其定義遵循字典次序：若是p1.first<p2.first或者!(p2.first<p1.first)&&p1.second<p2.second，返回true。

 

 

1 　　p1 == p2;

 

若是兩個pair對象的first成員和second成員依次相等，則這兩個對象相等，該運算使用其元素的==操做符。

 

 

1 　　p.first、p.second;

 

返回p中名爲first、second的公有數據成員。

 

二、pair的建立和初始化

　　在建立pair對象時，必須提供兩個類型名，pair對象的兩個數據成員各自對應一個，這兩個類型名能夠不一樣。若是在建立pair對象時不提供顯示初始化，則調用默認構造函數對其成員進行初始化；也能夠在建立對象時使用( )直接顯示初始化式：

1     pair<類型1, 類型2> 對象名;

 

若是使用多個相同的pair對象，也可使用typedef簡化其聲明：

1 　　typedef  pair <string, string>  Author;
2 　　Author 對象名(初始值1，初始值2);

 

對於pair類能夠直接訪問其數據成員，其成員都是公有的，分別命名爲first成員和second成員，使用點操做符便可訪問。

三、set和map

　　通常來講，關聯式容器的內部結構是一個平衡二叉樹，以便得到良好的搜尋效率，平衡二叉樹有不少種類型，包括AVL-tree，RB-tree等，最被普遍使用的是RB-tree。

　　(1)   搜索二叉樹，由於它的查找平均性能是O(lgN)，所以查詢中多用這種結構，但若是創建搜索二叉樹的時候數據不夠隨機，可能會致使這棵二叉樹出現「左重右輕「之類的失衡狀況，這個時候平衡二叉樹便體現出它的做用了。

　　(2)   所謂的樹形平衡與否，並無一個絕對的測量標準，大體意義是沒有任何一個節點過深。AVL樹中定義是任何節點的左右子樹高度相差最多爲1，在插入新的元素的時候，可能會致使這棵AVL樹失去平衡，這個時候就須要用到」單旋轉」和「雙旋轉」兩種操做來調節AVL樹使之從新平衡。

　　(3)   RB-tree是另外一種二叉平衡樹，它對「平衡」的定義更弱，它的規則以下：

　　A． 每一個節點不是紅色就是黑色

　　B． 根節點爲黑色

　　C． 若是節點爲紅色，那麼它的子節點必須爲黑色

　　D． 任一節點至NULL的任何路徑中，所含的黑色節點數必須相同

　　因此對於RB-tree的插入和刪除是一個很複雜的過程，其中，插入有3中狀況，刪除有4中狀況，可是它能很好地保證查詢的效率，一般來講，比其餘的平衡二叉樹提升25%。

　　在RB-tree中，有兩個函數很重要，一個是pair<iterator,bool>insert_unique(const Value_type &x)，這個是將x插入到紅黑樹中，而且保持節點的獨一無二(一般來講，若是使用insert函數在map插入新的元素，若是是重複元素，則不會真正插入，而是直接返回)，返回值是一個pair類型，bool標誌插入是否成功，iterator根據插入是否成功則指向新插入的節點或者NULL，另一個是pair<iterator,bool> insert_equal(constValue_type &x)，這個函數再插入節點時容許節點關鍵字key重複，這即是multiset和multimap實現的關鍵了，這也是它們和set及map最大的區別了。

四、hash_set和hash_map

　　二叉搜索樹具備對數平均時間的表現，但這樣的表構建在一個假設之：輸入數據足夠隨機。除此以外，還有另一種數據結構，它在插入、刪除、搜尋等操做上也具備常數平均時間，並且這種表現是以統計爲基礎，不須要依賴元素的隨機性，它就是hash table。

　　哈希表在處理衝突時有線性探測，二次探測以及開鏈等方式，SGI則是採用開鏈的方式，即將衝突的元素構成一個鏈表，在SGI提供的hashtable中表格內的元素爲桶子(bucket)，它是用vector來承載元素。

　　雖然在開鏈法中並不要求表格大小必須爲質數，可是SGI STL仍然以質數來設計表格，它是將預先選取的28個質數保存在表中，當用戶要求分配多少個桶時，則返回不小於且最接近的一個質數做爲表格大小。

       Hash_set和hash_map一樣只須要調用hashtable中的函數便可。因爲如今常用unordered_系列代替了hash_，因此對於hash_的具體用法就不贅述了。

2、set

一、set/multiset

　　（1）全部元素都會根據元素的鍵值自動排列，set的鍵值就是實值，而且set不容許兩個元素相同的鍵值。

　　（2）不能經過set的迭代器改變set的元素值，由於set的元素值就是鍵值，所以這關係到排列規則，若是咱們擅自修改元素值，會破壞set內部的排列規則。也正由於這樣，STL的set的迭代器是const_iterator。

　　（3）STL集合的底層結構是紅黑樹。所以掌握了紅黑樹的基本操做，那麼學習集合set將會很容易，幾乎set的全部操做都是轉調用紅黑樹的操做而已。

　　（4）set內的相同數值的元素只能出現一次，multiset內可包含多個數值相同的元素。

【示例】

 1 #include <iostream>
 2 #include <set>//用set和multiset前，必須包含頭文件<set>
 3 
 4 using namespace std;
 5 
 6 int main()
 7 {
 8     //type of the collection
 9     typedef set<int> IntSet;
10 
11     IntSet coll;//set container for int values
12     //不可以用push_back()由於是自動排序
13     coll.insert(1);
14     coll.insert(6);
15     coll.insert(2);
16 
17     IntSet::const_iterator pos;
18     for(pos = coll.begin(); pos != coll.end(); pos++)
19         cout << *pos << "  ";
20     cout << endl;
21 
22     return 0;
23 }

二、map/multimap

　　（1）map的元素是成對的鍵值/實值，內部的元素依據其值自動排序；

　　（2）map內的相同數值的元素只能出現一次，multimap內可包含多個數值相同的元素。

　　（3）STL集合的底層結構是紅黑樹。所以掌握了紅黑樹的基本操做，那麼學習集合set將會很容易，幾乎set的全部操做都是轉調用紅黑樹的操做而已。

【示例】

 1 #include <iostream>
 2 //用map/multimap前，必須包含頭文件<map>
 3 #include <map>
 4 #include <string>
 5 
 6 using namespace std;
 7 
 8 int main()
 9 {
10     //type of the collection
11     typedef multimap<int, string> intStringMMap;
12 
13     intStringMMap coll;//container for int/string
14     //make_pair()便捷函數，返回一個pair對象：pir(first, second)
15     coll.insert(make_pair(6, "strings"));
16     coll.insert(make_pair(1, "is"));
17     coll.insert(make_pair(3, "multimap"));
18 
19     intStringMMap::iterator pos;
20     for(pos = coll.begin(); pos != coll.end(); pos++)
21     {
22         cout << pos->first << " " << pos->second << endl;;
23     }
24     cout << endl;
25 
26     return 0;
27 }