map与unordered_map

一、简介

  随着C++ 0x标准的确立，C++的标准库中也终于有了hashtable。很久以来，STL中都只提供 <map>作为存放对应关系的容器，内部通常用红黑树实现，原因是二叉平衡树（如红黑树）的各种操作，插入、删除、查找等，都是稳定的时间复杂度，即O(logn)；但是对于hash表来说，由于无法避免re-hash所带来的性能问题，即使大多数情况下hash表的性能非常好，但是re-hash所带来的不稳定性在当时是不能容忍的。

  不过由于hash表的性能优势，它的使用面还是很广的，于是第三方的类库基本都提供了支持，比如MSVC中的 <hash_map>，Boost中的 <boost/unordered_map.hpp>。后来Boost的unordered_map被吸纳进了TR1(C++ Technical Report1)，然后在C++ 0x中被最终定了标准。

二、map

1.std::map

// <map>template < class Key,    class T,    class Compare = less<Key>,    class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >> class map;

映射表（Map）容器是一个按特定顺序存储以键值对组合而成的元素的关联容器（Associative container）。

容器特性：

• 关联（Associative）关联容器中的元素是通过主键（Key）而不是它们在容器中的绝对位置来引用的。
• 有序（Ordered）容器中的元素在任意时刻都遵循一个严格排序规则。所有插入的元素都按该排序规则获得对应的位置。
• 映射（Map）每个元素为一个值（Mapped value）绑定一个键（Key）：以主键来标志主要内容等于被映射值的元素。
• 键唯一（Unique keys）容器中不存在两个元素有相同的主键。
• 能够感知内存分配器的（Allocator-aware）容器使用一个内存分配器对象来动态地处理它的存储需求。

2.模版参数

（1）Key 主键的类型。

  在类模板内部，使用其别名为 key_type 的成员类型。

（2）T 被映射的值的类型。

  在类模板内部，使用其别名为 mapped_type 的成员类型。

（3）Compare 一个二元谓词，以两个元素的主键为参数返回一个 bool 值。

  可以是函数指针（Function pointer）类型或函数对象（Function object）类型。

在类模板内部，使用其别名为 key_compare 的成员类型。

（4）Alloc 容器内部用来管理内存分配及释放的内存分配器的类型。

  这个参数是可选的，它的默认值是std::allocator，这个是一个最简单的非值依赖的（Value-independent）内存分配器。在类模板内部，使用其别名为 allocator_type 的成员类型。

3.详细说明

  在一个映射表容器中，主键通常被用来排序及唯一标志一个元素，而被映射的值保存了与该主键关联的内容。主键与被映射值的类型可以不同，在模板内部，这两种类型合并绑定成成员类型 value_type。由上述描述可知，value_type 是一个双元组类型（Pair type），具体定义如下：

typedef pair<const Key, T> value_type;

（1）map 容器中的所有元素都是按由类型为 Compare 的比较对象指定的严格弱序规则排序的。

  在用主键访问单个元素时，map 容器通常比 unordered_map 容器低效，但 map 容器允许按顺序直接对某个子集进行迭代。

（2）map 容器通常被实现为一个二叉搜索树（及其变型），该数据结构具有对数据自动排序的功能。

  在所有关联容器中，map 容器唯一具有的一个特点：实现了直接访问操作符（operator[]），使得可以直接访问被映射的值。

（3）map 容器支持双向迭代。

三、unordered_map

1.std::unordered_map

C++11

// <unordered_map>template < class Key,    class T,    class Hash = hash<Key>,    class Pred = equal_to<Key>,    class Alloc = allocator< pair<const Key,T> >> class unordered_map;

无序映射表（Unordered Map）容器是一个存储以键值对组合而成的元素的关联容器（Associative container），容器中的元素无特别的次序关系。该容器允许基于主键地快速检索各个元素。

容器特性：

• 关联（Associative）关联容器中的元素是通过主键（Key）而不是它们在容器中的绝对位置来引用的。
• 无序（Unordered）无序容器通过 hash 表来组织它们的元素，允许通过主键快速地访问元素。
• 映射（Map）每个元素为一个值（Mapped value）绑定一个键（Key）：以主键来标志主要内容等于被映射值的元素。
• 键唯一（Unique keys）容器中不存在两个元素有相同的主键。
• 能够感知内存分配器的（Allocator-aware）容器使用一个内存分配器对象来动态地处理它的存储需求。

2.模版参数

（1）Key 主键的类型。

  在类模板内部，使用其别名为 key_type 的成员类型。

（2）T 被映射的值的类型。

  在类模板内部，使用其别名为 mapped_type 的成员类型。

（3）Hash 一元谓词，以一个 Key 类型的对象为参数，返回一个基于该对象的 size_t 类型的唯一值。

  可以是函数指针（Function pointer）类型或函数对象（Function object）类型。在类模板内部，使用其别名为 hasher 的成员类型。

（4）Pred 二元谓词，以两个 Key 类型的对象为参数，返回一个 bool 值，如果第一个参数等价于第二个参数，该 bool 值为 true，否则为 false。默认为 std::equal_to。

  可以是函数指针类型（Function pointer）类型或函数对象（Function object）类型。
在类模板内部，使用其别名为 key_equal 的成员类型。

（5）Alloc 容器内部用来管理内存分配及释放的内存分配器的类型。

  这个参数是可选的，它的默认值是std::allocator，这个是一个最简单的非值依赖的（Value-independent）内存分配器。在类模板内部，使用其别名为 allocator_type 的成员类型。

3.详细说明

  在一个 unordered_map 容器中，主键通常被用来唯一标志（Uniquely identify）一个元素，而被映射的值保存了与该主键关联的内容。主键与被映射值的类型可以不同，在模板内部，这两种类型合并绑定成成员类型 value_type。由上述描述可知，value_type 是一个双元组类型（Pair type），具体定义如下：

typedef pair<const Key, T> value_type;

（1）在 unordered_map 内部，元素不会按任何顺序排序，而是通过主键的hash值将元素分组放置到各个槽（Bucket，也可译成“桶”）中，这样就能通过主键快速地访问各个对应的元素（平均耗时为一个常量，即时间复杂度为 O(1)）。

（2）在访问容器中的某个元素时，unordered_map容器比map容器高效，而在迭代容器元素的某个子集时，前者比后者稍微低效了一点。

（3）unordered_map 实现了直接访问操作符（operator[]），使得可以通过主键（Key value）直接访问被映射的值（Mapped value）。

（4）unordered_map 容器支持正向迭代。

四、总结

  在 unordered_map内部，元素不会按任何顺序排序，而map容器中的所有元素都是按由类型为Compare的比较对象指定的严格弱序规则排序的；在访问容器中的某个元素时，unordered_map容器比map容器高效。

五、参考目录

C++参考手册

std::map

std::unordered_map