关联容器

1.1标准化

1）map：STL中的标准容器

2）hash_map：非c++标准的容器

3）unordered_map：unordered_map原来属于boost分支和std::tr1中，现加入c++11中，是hash_map在STL中的实现

2.底层实现

2.1map

1）基于红黑树实现

2.2unordered_map

1）基于哈希表实现

2）使用一个下标范围比较大的数组（用vector完成，以便有动态扩充能力，大小默认为28个质数中的一个），利用hash函数将key映射到数组的不同区域进行保存

3）vector中的元素称为桶，允许将不同的key映射到同一个桶中（哈希冲突），桶中用链表（并不是容器list，只是原始的链表，不含头节点）保存多个元素（节点），每次插入新节点时，插入到链表的头部而不是尾部。当桶中保存多个元素时，就要使用比较函数（默认为==运算符）来搜索这些元素来找到想要的那个

4）元素的直接地址用哈希函数生成，冲突用链地址法和比较函数解决，unordered_map的性能依赖于哈希函数的质量和桶的数量和大小

　　整个过程可以描述为：

• 首先分配一大片内存，形成许多桶
• 插入操作：得到key -> 通过hash函数得到hash值 -> 得到桶号(一般是hash值对桶数求模) -> 存放key和value在桶内
• 取值过程：得到key -> 通过hash函数得到hash值 -> 得到桶号(hash值对桶数求模) -> 比较桶内元素与key是否相等 -> 取出相等纪录的value
• 用户可以指定自己的hash函数与比较函数

2.3hash_map的扩容（resize函数）

1）如果总元素个数（现有元素+新增元素）大于bucket vector的大小，则进行扩容

2）由第1点可知，桶链表的最大长度和bucket vector的大小相等

3）扩容过程：

• 创建一个新vector tmp ，大小为满足总元素个数的质数
• 将旧vector buckets中桶链表上的节点一个一个地移动至 tmp对应的桶链表上
• 最后使用swap函数将buckets和tmp对调，函数结束后tmp作为局部变量被销毁

template <class V, class K, class HF, class Ex, class Eq, class A>
void hashtable<V, K, HF, Ex, Eq, A>::resize(size_type num_elements_hint)
{
    const size_type old_n = buckets.size();
    if (num_elements_hint > old_n)
    {    //确定真的需要重新配置
        const size_type n = next_size(num_elements_hint);    // 去28个质数的质数池里找出下一个质数
        if (n > old_n)
        {
            vector<node*, A> tmp(n, (node*)0);    // 设立新的 buckets
            __STL_TRY
            {
                // 以下处理每一个旧的bucket
                for (size_type bucket = 0; bucket < old_n; ++bucket)
                {
                    node* first = buckets[bucket]; // 指向节点所对应之串列的起始节点
                    // 以下处理每一个旧bucket 所含（串列）的每一个节点
                    while (first)
                    {    // 串列还没结束时
                        // 以下找出节点落在哪一个新bucket 内
                        size_type new_bucket = bkt_num(first->val, n);
                        // 以下四个动作颇为微妙
                        // (1) 令旧 bucket 指向其所对应之串列的下一个节点（以便迭代处理）
                        buckets[bucket] = first->next;
                        // (2)(3) 将当前节点安插到新bucket 内，成为其对应串列的第一个节点。
                        first->next = tmp[new_bucket];
                        tmp[new_bucket] = first;
                        // (4) 回到旧bucket 所指的待处理串列，准备处理下一个节点
                        first = buckets[bucket];
                    }
                }
                buckets.swap(tmp);    // vector::swap。新旧 buckets 对调。
                // 注意，对调两方如果大小不同，大的会变小，小的会变大。
                // 离开时释还local tmp的內存。
            }
        }
    }
}

3.key是否有序

1）map：红黑树是一棵二叉搜索树，具有排序功能，存放在map中的key-value对按照key排序

2）unordered_map：无序

4.默认支持的key的类型

1）map：内置类型或者类对象均可

2）unordered_map：内置类型或者类对象均可

3）hash_map：char、char *（会被默认当成地址，而不是字符串，小心）、const char *、unsigned char、signed char、short、unsigned short、int、unsigned int、long、unsignd long等内置类型

5.一般操作的时间复杂度

1）map：插入、查找、删除的时间复杂度为O(logn)

2）unordered_map：插入、查找、删除的时间复杂度为O(1)

6.需要定义的函数

1）map：比较函数，默认为<运算符，也可以自定义，但必须保证严格弱序：

• 两个关键字不能同时“严格弱于”对方：如果key1“严格弱于”key2，那么key2绝不能“严格弱于”key1
• 传递性：如果key1“严格弱于”key2，key2“严格弱于”key3，那么key1必须“严格弱于”key3
• 唯一性：如果key1和key2都不如果“严格弱于”对方，则认为key1和key2“等价”

2）unordered_map：哈希函数和比较函数，均可自定义，比较函数默认为==运算符

7.应用场景对比

1）选择时需要权衡三个因素：顺序性，效率，数据量，内存使用

2）如果需要排序则选择map

2）在元素数量达到一定数量级时如果要求效率优先，则采用unordered_map。但是注意：虽然unordered_map操作速度比map的速度快，但是unordered_map构造速度慢于map。其次，unordered_map由于基于哈希表，对内存的消耗高于map，是空间换时间

8.set

　　set与map的不同在于，元素的键值（key）就是实值（value），，实值就是键值，其余一样

9.multimap

　　multimap中的关键字允许重复，底层插入操作采用红黑树中的insert_equal()而非insert_unique()，红黑树的插入规则为要插入的pair的key如果比节点的key小，则向左走，如果大于等于则向右走，insert_equal()和insert_unique()都会按照此规则定位到合适的插入位置，与insert_unique()不同的是，insert_equal()会通过迭代器回溯到key可能相等的那个节点，再进行一次比较，如果相等，则不插入。具体过程可看源码

10.unordered_multimap

　　multimap中的关键字允许重复，底层插入操作采用哈希表的insert_equal()而非insert_unique()，插入时，定位到桶，两个函数都会遍历桶中的链表，遍历过程中如发现相同key，insert_unique()将不插入，直接返回，而insert_equal()会插入到相同key节点的后面