【C++ STL】Map和Multimap
1、结构
Map和multimap将key/value pair（键值/实值 队组）当作元素，进行管理。他们根据key的排序准则将元素排序。multimap允许重复元素，map不允许。
元素要求：
- key/value必须具有assigned（可赋值）和copyable（可复制的）性质。
- 对于排序而言，key必须具是comparable（可比较的）。
2、能力
典型情况下，set，multisets，map，multimap使用相同的内部结构，因此可以将set和multiset当成特殊的map和multimap，只不过set的value和key指向的是同一元素。
map和multimap会根据key对元素进行自动排序，所以根据key值搜寻某个元素具有良好的性能，但是如果根据value来搜寻效率就很低了。
同样，自动排序使得你不能直接改变元素的key，因为这样会破坏正确次序，要修改元素的key，必须先移除拥有key的元素，然后插入拥有新的key/value的元素，从迭代器的观点来看，元素的key是常数，元素的value是可以直接修改的。
3、操作函数
3.1 构造、析构、拷贝
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操作 |
效果 |
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map c |
产生一个空的map/multimap不包含任何元素 |
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map c(op) |
以op为排序准则，产生一个空的map/multimap |
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map c1(c2) |
产生某个map/multimap的副本，所有元素都被拷贝 |
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map c(beg,end) |
以区间[beg,end)内的元素产生一个map/multimap |
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map c(beg,end,op) |
以op为排序准则，区间[beg,end)内的所有元素生成一个map/multimap |
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c.~map() |
销毁所有元素，释放内存 |
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map<Key,Elem> |
一个map/multimap，以less<> (operator <)为排序准则 |
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map<Key,Elem,Op> |
一个map，以op为排序准则 |
3.2 非变动性操作
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操作 |
效果 |
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c.size() |
返回当前的元素数量 |
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c.empty() |
判断大小是否为零，等同于0 == size()，效率更高 |
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c.max_size() |
返回能容纳的元素最大数量 |
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c1 == c2 |
判断c1是否等于c2 |
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c1 != c2 |
判断c1是否不等于c2(等同于!(c1==c2)) |
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c1 < c2 |
判断c1是否小于c2 |
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c1 > c2 |
判断c1是否大于c2 |
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c1 <= c2 |
判断c1是否小于等于c2(等同于!(c2<c1)) |
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c1 >= c2 |
判断c1是否大于等于c2 (等同于!(c1<c2)) |
3.3 特殊搜寻函数
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操作 |
效果 |
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count(key) |
返回键值等于key的元素个数 |
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find(key) |
返回键值等于key的第一个元素，没找到返回end() |
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lower_bound(key) |
返回键值为key之元素的第一个可安插位置，也就是键值>=key的第一个元素位置 |
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upper_bound(key) |
返回键值为key之元素的最后一个可安插位置，也就是键值>key的第一个元素位置 |
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equal_range(key) |
返回键值为key之元素的第一个可安插位置和最后一个可安插位置，也就是键值==key的元素区间 |
3.4 赋值
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操作 |
效果 |
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c1 = c2 |
将c2的元素全部给c1 |
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c1.swap(c2) |
将c1和c2 的元素互换 |
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swap(c1,c2) |
同上，全局函数 |
3.5 迭代器函数
map和multimap不支持元素直接存取，因此元素的存取通常是经过迭代器进行。不过例外的是，map提供下标操作，可直接存取元素。同样，他们的迭代器是双向迭代器，所有的元素的key都被视为常数，不能调用任何变动性操作，如remove()，要移除元素，只能用塔门提供的函数。
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操作 |
效果 |
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c.begin() |
返回一个随机存取迭代器，指向第一个元素 |
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c.end() |
返回一个随机存取迭代器，指向最后一个元素的下一个位置 |
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c.rbegin() |
返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的第一个元素 |
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c.rend() |
返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的最后一个元素的下一个位置 |
3.6 元素的安插和移除
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操作 |
效果 |
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c.insert(elem) |
插入一个elem副本，返回新元素位置，无论插入成功与否。 |
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c.insert(pos, elem) |
安插一个elem元素副本，返回新元素位置，pos为收索起点，提升插入速度。 |
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c.insert(beg,end) |
将区间[beg,end)所有的元素安插到c，无返回值。 |
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c.erase(elem) |
删除与elem相等的所有元素，返回被移除的元素个数。 |
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c.erase(pos) |
移除迭代器pos所指位置元素，无返回值。 |
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c.erase(beg,end) |
移除区间[beg,end)所有元素，无返回值。 |
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c.clear() |
移除所有元素，将容器清空 |
有三个不同的方法将value插入map：
- 运用value_type，为了避免隐式转换，可以使用value_type明白传递正确型别。value_type是容器本身提供的型别定义
std::map<std::string,float> coll; ... coll.insert(std::map<std::string,float>::value_type("otto",22.3));
- 运用pair，另一个作法是直接运用pair<>。
std::map<std::string,float> coll; ... //use implicit conversion: coll.insert(std::pair<std::string,float>("otto",22.3)); //use no implicit conversion: coll.insert(std::pair<const std::string,float>("otto",22.3));
上述第一个insert()语句内的型别并不正确，所以会被转换成真正的型别。
- 运用make_pair()
最方便的方法是直接运用make_pair()函数，这个函数根据传入的两个参数构造一个pair对象。
std::map<std::string,float> coll; ... coll.insert(std::make_pair("otto",22.3)); 下面是个简单例子，检查安插元素是否成功： std::map<std::string,float> coll; ... if (coll.insert(std::make_pair("otto",22.3)).second) { std::cout << "OK, could insert otto/22.3" << std::endl; } else { std::cout << "Oops, could not insert otto/22.3 " << "(key otto already exists)" << std::endl; }
如果要移除某个值为value的元素，使用erase()即可。
std::map<std::string,float> coll; ... //remove all elements with the passed key coll.erase(key);
如果multimap内喊重复元素，不能使用erase()来删除这些元素的第一个，但是可以这么做：
typedef multimap<string.float> StringFloatMMap; StringFloatMMap coll; ... //remove first element with passed key StringFloatMMap::iterator pos; pos = coll.find(key); if (pos != coll.end()) { coll.erase(pos); }
这里使用成员函数的find()而非STL里面的find(),因为成员函数更快，然而不能使用成员函数find()来移除拥有某个value（而非某个key）的元素。
移除元素时，要当心心意外发生，当移除迭代器所指对象时，可能使迭代器失效。
typedef std::map<std::string,float> StringFloatMap; StringFloatMap coll; StringFloatMap::iterator pos; ... for (pos = coll.begin(); pos != coll.end(); ++pos) { if (pos->second == value) { coll. erase (pos); // RUNTIME ERROR !!! } }
对pos所指元素实施erase()，会使pos不再成为一个有效的迭代器，如果此后未对pos重新设值就使用pos，会出现异常。++pos就能导致一个未定义行为。下面是正确的删除方法。
typedef std::map<std::string,float> StringFloatMap; StringFloatMap coll; StringFloatMap::iterator pos; ... //remove all elements having a certain value for (pos = c.begin(); pos != c.end(); ) { if (pos->second == value) { c.erase(pos++); } else { ++pos; } }
注意，pos++会指向下一个元素，但返回其原始值（指向原位置）的一个副本，因此，当erase()被调用，pos已经不指向那个即将被删除的元素了。
4、map视为关联数组
通常，关联数组不提供直接存取，必须依靠迭代器，不过map是个例外，map提供下标操作符，可以直接存取元素。不过下标操作符的索引不是元素整数位置，而是元素的key。也就是说，索引可以是任何型别，而非局限的整数型别。
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操作 |
效果 |
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m[key] |
返回一个reference，指向键值为key的元素，如果该元素尚未存在，插入该元素。 |
和一般数组的区别不仅仅是索引型别，你不能使用一个错误的索引，如果你是用某个key为索引，容器尚未存在该元素，会自动安插该元素，新元素由default构造，所有基本型别都提供default构造函数，以零为初始值。
关联数组的行为方式有优点，也有缺点：
优点是可以透过方便的接口向map安插新元素。
std::map<std::string,float> coll; // empty collection /*insert "otto"/7.7 as key/value pair *-first it inserts "otto"/float() *-then it assigns 7.7 */ coll["otto"] = 7.7;
其中的语句：coll["otto"] = 7.7;处理如下：
1.处理coll["otto"]：
--如果存在键值为“otto”的元素，以上式子返回该元素的reference。
--如果没有任何元素的键值为“otto”，以上式子便为map自动安插一个新元素，键值key为“otto”，value通过default构造函数完成，并返回一个reference指向新元素。
2.将7.7赋值给value：
--紧接着，将7.7赋值给刚才返回的元素。
这样，map之内就包含了一个键值（key）为“otto”的元素，其值（value）为7.7。
缺点就是你可能不小心误置新元素。例如你想打印key为“otto”的元素值：
std::cout << coll[“ottto”] << endl;
它会安插一个键值为“ottto”的元素，然后打印其值，缺省情况下是0。它并不会告诉你拼写错误，并且插入一个你可能不需要的元素。
这种插入方式比一般的map安插方式来得慢，因为在生成新元素的时候，需要使用default构造函数将新元素初始化，而这个值马上又会被真正的value覆盖。
5、示例代码
5.1 map
// cont/mapl.cpp #include <iostream> #include <map> #include <string> using namespace std; int main() { /*create map/associative array *-keys are strings *-values are floats */ typedef map<string,float> StringFloatMap; StringFloatMap stocks; // create empty container //insert some elements stocks["BASF"] = 369.50; stocks["VW"] = 413.50; stocks["Daimler"] = 819.00; stocks["BMW"] = 834.00; stocks["Siemens"] = 842.20; //print all elements StringFloatMap::iterator pos; for (pos = stocks.begin(); pos != stocks.end(); ++pos) { cout << "stock: " << pos->first << "\t" << "price: " << pos->second << endl; } cout << endl; //boom (all prices doubled) for (pos = stocks.begin(); pos != stocks.end(); ++pos) { pos->second *= 2; } //print all elements for (pos = stocks.begin(); pos != stocks.end(); ++pos) { cout << "stock: " << pos->first << "\t" << "price: " << pos->second << endl; } cout << endl; /*rename key from "VW" to "Volkswagen" *-only provided by exchanging element */ stocks["Volkswagen"] = stocks["VW"]; stocks.erase("VW"); //print all elements for (pos = stocks.begin(); pos != stocks.end(); ++pos) { cout << "stock: " << pos->first << "\t" << "price: " << pos->second << endl; } }
输出：
stock: BASF price: 369.5 stock: BMW price: 834 stock: Daimler price: 819 stock: Siemens price: 842.2 stock: VW price: 413.5 stock: BASF price: 739 stock: BMW price: 1668 stock: Daimler price: 1638 stock: Siemens price: 1684.4 stock: VW price: 827 stock: BASF price: 739 stock: BMW price: 1668 stock: Daimler price: 1638 stock: Siemens price: 1684.4 stock: Volkswagen price: 827
5.2 multimap
// cont/mmap1.cpp #include <iostream> #include <map> #include <string> #include <iomanip> using namespace std; int main() { //define multimap type as string/string dictionary typedef multimap<string,string> StrStrMMap; //create empty dictionary StrStrMMap dict; //insert some elements in random order dict.insert(make_pair("day","Tag")); dict.insert(make_pair("strange","fremd")); dict.insert(make_pair("car","Auto")); dict.insert(make_pair("smart","elegant")); dict.insert(make_pair("trait","Merkmal")); dict.insert(make_pair("strange","seltsam")); dict.insert(make_pair("smart","raffiniert")); dict.insert(make_pair("smart","klug")); dict.insert(make_pair("clever","raffiniert")); //print all elements StrStrMMap::iterator pos; cout.setf (ios::left, ios::adjustfield); cout << ' ' << setw(10) << "english " << "german " << endl; cout << setfil('-') << setw(20) << "" << setfil(' ') << endl; for (pos = dict.begin(); pos != dict.end(); ++pos) { cout << ' ' << setw(10) << pos->first.c_str() << pos->second << endl; } cout << endl; //print all values for key "smart" string word("smart"); cout << word << ": " << endl; for (pos = dict.lower_bound(word); pos != dict.upper_bound(word); ++pos) { cout << " " << pos->second << endl; } //print all keys for value "raffiniert" word = ("raffiniert"); cout << word << ": " << endl; for (pos = dict.begin(); pos != dict.end(); ++pos) { if (pos->second == word) { cout << " " << pos->first << endl; } } }
输出：
english german -------------------- car Auto clever raffiniert day Tag smart elegant smart raffiniert smart klug strange fremd strange seltsam trait Merkmal smart: elegant raffiniert klug raffiniert: clever smart
