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C++學習筆記(二)聯想容器

編輯:C++入門知識

概述
C++primer對聯想容器的定義如下:

A type that holds a collection of objects that supports efficient lookup by key
實際上,和序列式容器不同,聯想容器是考關鍵字進行搜索的,它的底層實現不是簡單的順序表或鏈表,而是更加復雜的紅黑樹,這種數據結構具備順序表和鏈表的雙重優點,同時擁有很高插入效率和查詢效率。並且,與序列式容器不同的還有一點,就是無論是插入,還是刪除操作,都不會使以前已經持有的迭代器失效(當然,指向被刪除元素的迭代器除外),這主要跟它底層的數據結構的實現有關。

STL支持的聯想容器有map,set 以及 multimap,multiset。其中,map維護的是有KEY和VALUE組成的鍵值對,而set則只存儲鍵。map和set都要求鍵必須唯一,而 multimap和multiset則是它們的鍵可以不唯一的版本。

實際上,在unix和linux平台下,都有一個庫叫isc,它是C語言的一個包裝庫。許多人認為直接使用這些函數會比STL map速度快。其實不然,它們的區別不再於算法,而在於內存碎片。如果直接使用這些函數,你需要自己去new一些節點,當節點特別多, 而且進行頻繁的刪除和插入的時候,內存碎片就會存在,而STL采用自己的Allocator分配內存,以內存池的方式來管理這些內存,會大大減少內存碎 片,從而會提升系統的整體性能。有位叫Winter的前輩在自己的系統中做過測試,他把以前所有直接用isc函數的代碼替換成map,程序速度基本一致。當時間運行很長時間後(例如後台服務程序),map的優勢就會體現出來。從另外一個方面講,使用map會大大降低你的編碼難度,同時增加程序的可讀性。何樂而不為?


map


前面說過,map裡存儲的實際上是鍵值對pair,這是一個定義在utility頭文件裡的數據結構,它有兩個公共域,first和second。map是容器,而所有的容器都是可以用迭代器去訪問的,需要注意的是,迭代出來的值是pair而不是value。除了通過迭代器去訪問外,map還可以使用下標運算符,即把key當做索引,從而得到value值。例如:

[cpp]
map<string, int> my_map; 
my_map["hello"] = 3; 

需要注意的是,使用下標運算符去索引value,當鍵不存在時,它會利用這個鍵在這個map中插入一個新的鍵值對,對於value,所使用的是其默認構造函數。這在某些情況下會造成我們不希望看見的副作用,所以,STL同樣為我們提供了另外一種索引方式,即find函數,它返回的是與給定鍵關聯的pair的迭代器引用,當key不存在時,則返回off-the-end
 iterator。如果只是想知道map中是否已經插入了指定的KEY,也可以使用另外一個函數count,它返回的是與指定key對應的pair的數量,對於map,它的返回值只有1和0兩種情況,這個函數在multimap中可能更有用。
對於插入操作,可以直接使用下標運算符,但那樣會照成對於新值的重復初始化,更有效的方式實際上是使用insert函數,與下標運算符不同的是,無論使用哪個版本的insert,如果該鍵已存在,則會添加失敗,而前者則能成功插入,並將舊值替換為新值。

set

對於set,它的使用方式基本和map相同,由於它的數據結構裡面只存有鍵,因此,它不支持下標運算符。set在某些方向和序列式容器有些相似,除了操作的效率不同外,它們之間最大的區別就是由於set要求KEY必須唯一,所以它不會重復的進行插入,如果利用一對vector的迭代器來初始化set,那麼裡面重復的值將被忽略。例如:

[cpp]
// define a vector with 20 elements, holding two copies of each number from 0 to 9 
vector<int> ivec; 
for (vector<int>::size_type i = 0; i != 10; ++i) { 
ivec.push_back(i); 
ivec.push_back(i); // duplicate copies of each number 

// iset holds unique elements from ivec 
set<int> iset(ivec.begin(), ivec.end()); 
cout << ivec.size() << endl; // prints 20 
cout << iset.size() << endl; // prints 10 

multimap和multiset

multimap和multiset實際上就是map和set的允許鍵重復的版本,它們的操作方式和它們的普通版本基本一致。當然,由於他們允許鍵重復,在一些操作上自然會有所區別。例如,對於multimap,它不能像map那樣使用下標運算符,因為它保存的不是一個單獨的值。

因為鍵值不要求唯一,所以對於multimap和multiset,insert函數總能成功的執行,並在相應鍵下添加上一個新的value(multiset只添加鍵)。需要注意的是,multimap的設計和map<key, vector>的結構並不類似,multimap只是簡單的允許重復鍵而已,也就是說,如果與某個key有三個關聯的value,那麼將會有三個pair存在,只是由於紅黑樹的有序性,它們的迭代序列是連續的而已。


作者:justaipanda

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