map 学习（上）——C++中 map 的使用

欠下数据结构的债，迟早是要还的…… 最近写毕业论文过程中，需要用到哈希表的数据结构，此外空闲时间在刷 Leetcode 过程中，发现好多高效算法都是用 unordered_map 实现的，看来学习 map 相关内容是躲不了的了，开始学习 map 的相关内容。
本篇先学习 C++ 中 STL 标准库中 map 的使用方法。

以下内容翻译自：《map - C++ Reference》

一、原型

template < class Key,                                     // map::key_type           class T,                                       // map::mapped_type           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type           > class map;

二、说明

map 是一种容器，用来存储若干元素，这些元素都是由关键值 (Key Value，以下称为 Key 值) 和映射值 (Mapped Value，以下依旧称为映射值) 配对组成的，具体说明如下：
在一个 map 中， Key 值通常用来排序或特指元素，映射值用来存储与该 Key 值绑定的内容。 Key 值与映射值的数据类型可以不同，而且可以一起被放进成员类型 value_type 中，value_type 是一种配对类型，定义如下：

typedef pair<const Key, T> value_type;

在 map 内部的元素通常按照其 Key 值排序，且排序方式是根据某种明确、严格的弱排序标准进行的，这种排序标准是由 map 内部的比较对象（即 map::key_comp）指定的。
map 容器通过 Key 值访问特定元素的速度，相较于 unordered_map 容器通常较慢，但 map 容器允许基于它们的顺序对子集进行直接迭代。
map 中的映射值可以使用括号运算符 (operator[]) 通过其关联的 Key 值直接访问。
map 通常使用二叉搜索树实现。

三、map 容器属性

• 关联性：
  
  • 关联容器中的元素的参考地址指的是其 Key 值，而不是他们在容器中的绝对地址；
• 有序性：
  
  • 容器中的元素一直按照排序方式严格排序，所有插入元素都按照该顺序排列；
• 映射：
  
  • 每个元素中，一个 Key 值与一个映射值相关。Key 值是用来标识其主要内容是映射值的元素；
• 唯一 Key 值：
  
  • 容器中不存在同时拥有相同 Key 值的两个元素；
• 分配感知 (Allocator-aware)：
  
  • map 容器使用分配器对象动态处理其存储需求。

四、模板参数

• Key
  
  • Key 值的类型。在 map 中的每个元素都是由其 Key 值唯一指定的。
  • 别名为成员类型 map::key_type
• T
  
  • 映射值的类型。在 map 中的每个元素，都存储了一些数据作为其映射值。
  • 别名为成员类型 map::mapped_type
• Compare
  
  • 一个二元值，它将两个元素的 Key 值作为输入参数，并返回一个布尔值。表达式 comp(a, b)，其中 comp 是该类型的对象，a, b是 Key 值，如果按照函数定义的严格弱排序，参数 a 被认为排在参数 b 之前，则返回 true。
  • map 对象使用该表达式确定元素在容器中的位置，并判断两个元素的 Key 值是否相等（通过自反比较：如果 (!comp(a,b) && !comp(b,a) ) 结果为真，则 a, b 等价）。map 容器中没有两个元素拥有相同的 Key 值。
  • Compare 可以使一个函数指针，或者函数对象（详细请参阅示例构造函数）。默认值小于<T>，返回应用小于运算符 (a < b) 相同的值；
  • 别名为成员类型 map::key_compare
• Alloc
  
  • 用于定义存储分配模型的分配器对象的类型。默认情况下使用分配器类模板，它定义了最简单的模型分配模型，而且与值无关。
  • 别名为成员类型 map::allocator_type

五、常用函数

• 构造函数
  
  • 在后续的程序示例中展示了五种不同的构造函数；
• clear
  
  • 清除 map 中所有元素；
• erase
  
  • 删除 map 中指定位置的元素；
• insert
  
  • 在 map 指定位置添加 pair 类型的元素；
• find
  
  • 获取 map 中元素的迭代器；
• begin, end
  
  • map 的正向迭代器的起始位置与终点位置；
• rbegin, rend
  
  • map 的反向迭代器的起始位置与终点位置；

六、程序示例

以下源码摘自《C++STL之map学习》，笔者对其进行注释。

#include <iostream>#include <map>using namespace std;// 比较函数（用于后面的函数指针定义）bool fncomp(char lhs, char rhs){    return lhs < rhs;}// 定义一个 Compare 对象，且内部对运算符 () 进行重载struct classcomp{    bool operator() (const char& lhs, const char& rhs){        return lhs < rhs;    }};int main(int argc, char* argv[]){    //=========================    //  map 的多种构造函数    //=========================    // 1. 直接定义    map<char,int> mymap;    mymap['a'] = 10;    mymap['b'] = 60;    mymap['c'] = 30;    mymap['d'] = 90;    mymap['e'] = 50;    // 2. 复制    map<char, int> second(mymap);    // 3. 通过迭代器    map<char, int> third(mymap.begin(),mymap.end());    // 4. 重新定义 Compare 对象，该对象内部对运算符 () 进行重载    map<char, int, classcomp> fourth;    // 5. 通过函数指针    bool(*fn_pt)(char, char) = fncomp;    map<char, int, bool(*)(char, char)> fifth(fn_pt);    //=========================    //  以最初定义的mymap 为例，讲解 map 的使用    //=========================    map<char,int>::key_compare key_comp;    map<char,int>::iterator it;    it = mymap.begin();    //=========================    //  1. 输出所有 Pair 元素    //=========================    // 迭代器遍历 map    for (it; it != mymap.end(); it++)    {        // map的迭代器，可以用 first 访问std::pair的第一个成员(Type1)，second 访问第二个成员 (Type2)        cout<<it->first<<":"<<it->second<<endl;    }    cout<<"================================="<<endl;    //=========================    //  2. 修改映射值    //=========================    second.clear();    second['a']=1002;    second['b']=10023;    while (!second.empty())    {        cout << second.begin()->first << " => ";        cout << second.begin()->second << endl;        second.erase(second.begin());    }    cout<<"================================="<<endl;    //=========================    //  3. 插入    //=========================    mymap.insert(pair<char,int>('f',100) );    mymap.insert(pair<char,int>('g',200) );    cout<<"f => " <<mymap.find('f')->second<<endl;    cout<<"g => " <<mymap.find('g')->second<<endl;    cout<<"================================="<<endl;    //=========================    //  4. Compare 参数的使用    //=========================    key_comp = mymap.key_comp();    cout << "mymap contains:\n";    // 迭代器反向遍历的起始位置    char highest = mymap.rbegin()->first;     // key value of last element    it = mymap.begin();    do {        cout << (*it).first << " => " << (*it).second << endl;    } while ( key_comp((*it++).first, highest) );    cout << endl;    return 0;}

运行结果如下：