STL中map,multimap,set,multiset,unordered_map,unordered_multimap,unordered_set,unordered_multiset的实现方

转自：http://blog.csdn.net/duyiwuer2009/article/details/23780041

1. map, multimap, set, multiset

g++ 中 map, multimap, set, multiset 由红黑树实现

map: bits/stl_map.h

multimap: bits/stl_multimap.h

set: bits/stl_set.h

multiset: bits/stl_multiset.h

红黑树类——_Rb_tree: bits/stl_tree.h

若要分析红黑树的实现阅读 bits/stl_tree.h 即可

2. std::pair

位于 <utility>, 本质非常简单，就是一个含有 2 个成员的类模板：

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1. // bits/stl_pair.h  
2. template<class _T1, class _T2>  
3. struct pair  
4. {  
5.     typedef _T1 first_type;    /// @c first_type is the first bound type  
6.     typedef _T2 second_type;   /// @c second_type is the second bound type  
7.   
8.     _T1 first;                 /// @c first is a copy of the first object  
9.     _T2 second;                /// @c second is a copy of the second object  
10. ......  
11. };  

与之相关的比较重要的函数：

2.1 make_pair()

见例子

2.2 重载关系操作符

比较规则就是前面博文介绍的字典序比较（http://blog.csdn.net/duyiwuer2009/article/details/23277803），和 deque, list 等也类似，map 的比较是基于它的（因为 map 是存储着元素为 pair<key, value> 的容器，下文详细说明）。

3. map, set 的相似和本质

先看 gcc libstdc++ 实现代码：

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1. // bits/stl_tree.h  
2. template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,  
3.         typename _Compare, typename _Alloc = allocator<_Val> >  
4. class _Rb_tree  
5. {  
6. ......  
7. public:  
8.     typedef _Key key_type;  
9.     typedef _Val value_type;  
10. ......  
11. };  
12.   
13.   
14. // bits/stl_map.h  
15. template<typename _Key, typename _Tp, typename _Compare = std::less<_Key>,  
16.         typename _Alloc = std::allocator<std::pair<const _Key, _Tp> > >  
17. class map  
18. {  
19. public:  
20.     typedef _Key                         key_type;  
21.     typedef _Tp                          mapped_type;  
22.     typedef std::pair<const _Key, _Tp>   value_type;  
23.     typedef _Compare                     key_compare;  
24. ......  
25.   
26. public:  
27.     class value_compare  
28.     : public std::binary_function<value_type, value_type, bool>  
29.     {  
30.         friend class map<_Key, _Tp, _Compare, _Alloc>;  
31.     protected:  
32.         _Compare comp;  
33.   
34.         value_compare(_Compare __c)  
35.         : comp(__c) { }  
36.   
37.     public:  
38.         bool operator()(const value_type& __x, const value_type& __y) const  
39.         { return comp(__x.first, __y.first); }  
40.     };  
41. ......  
42.     typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Select1st<value_type>,  
43.                 key_compare, _Pair_alloc_type> _Rep_type;  
44.   
45.     /// The actual tree structure.  
46.     _Rep_type _M_t;  
47. ......  
48. };  
49.   
50.   
51. // bits/stl_set.h  
52. template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,  
53.         typename _Alloc = std::allocator<_Key> >  
54. class set  
55. {  
56. ......  
57.     typedef _Key     key_type;  
58.     typedef _Key     value_type;  
59.     typedef _Compare key_compare;  
60.     typedef _Compare value_compare;  
61. ......  
62.     typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Identity<value_type>,  
63.                     key_compare, _Key_alloc_type> _Rep_type;  
64.     _Rep_type _M_t;  // Red-black tree representing set.  
65. ......  
66. };  

可以看出：

1. map 的 value_type 为 std::pair<const _Key, _Tp>, 而 set 的 value_type 为 _Key, 都是通过 _Key 进行定位。

2. 从容器中存储元素的角度而言，关联容器与序列容器是一样的，只不过 map 存储的是 std::pair<const _Key, _Tp> （从 begin(), end() 返回的迭代器类型上也可以看出），区别是有个 key 与之关联。

3. 从用途上来说，set 相当于集合，方便剔除和增加新元素，map 自不用多说。

附：常见容器分类

序列容器(sequence container):

vector

list

deque

容器适配器(container adapter):

stack(last in, first out)

queue(first in, first out)

priority_queue

关联容器(associative container):

set

multiset

map

multimap

4. 红黑树

红黑树(red–black tree)是一种自平衡二叉查找树(self-balancing binary search tree)，先看二叉查找树(BST)的定义和性质：

(1) 若它的左子树非空，则左子树上所有节点的值均小于它的根节点的值；

(2) 若它的右子树非空，则右子树上所有节点的值均大于（或大于等于）它的根节点的值；

(3) 它的左、右子树也分别为二叉查找树。（显然这是一个递归定义）

(4) 中序遍历(LDR: left subtree, current node(data), right subtree)将得到递增序列，所以又叫二叉排序树。

5. unordered_map, unordered_multimap, unordered_set, unordered_multiset(C++ 11)

g++ 中 unordered_map, unordered_multimap, unordered_set, unordered_multiset 由哈希表实现

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1. unordered_map       <-- __unordered_map      \  
2. unordered_multimap  <-- __unordered_multimap -\  
3.                                                | <-- std::_Hashtable(hashtable.h)  
4. unordered_set       <-- __unordered_set      -/  
5. unordered_multiset  <-- __unordered_multiset /  

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1. std::_Hashtable(hashtable.h) <-- std::__detail::_Rehash_base(hashtable_policy.h)