C++容器（四）：map类型

map 类型

map是键-值对的集合。map类型通常可以理解为关联数组：可以使用键作为下标来获取一个值，正如内置数组类型一样。而关联的本质在于元素的值与某个特定的键相关联，而非通过元素在数组内的位置来获取。

要使用map对象，必须包含map头文件：

#include <map>

在定义map对象时，必须指明键和值的类型：

map<string, int> wordCount; // empty map from string to int

1 map对象的构造函数

操作	含义
map<k, v> m	创建一个名为m的map对象，其键和值的类型分别为k和v
map<k, v> m(m2)	创建m2的副本m，m与m2必须具有相同的键类型和值类型
map<k, v> m(b, e)	创建map类型的对象m，存储迭代器b和e标记范围内的所有元素副本。元素的类型必须能够转换为pair<const k, v>

对于键类型，唯一的约束就是必须支持<操作，至于是否支持其他关系或相等运算，则不做要求。

2 map定义的类型

包括：键类型，值类型以及键-值（pair）类型。

类型	含义
map<k, v>::key_type	在map容器中，用作索引的键的类型
map<k, v>::mapped_type	在map类型中，键所关联的值的类型
map<k, v>::value_type	一个pair类型，它的first元素具有const map<k, v>::key_type类型，而second则为map<k, v>::mapped_type类型

• map迭代器进行解引用将产生pair类型的对象

对迭代器进行解引用时，将获得一个引用，指向容器的一个value_type类型值。

map<string, int>::iterator map_it = wordCount.begin();
// *map_it is a reference to a pair<const string, int> object
cout << map_it->first << " " << map_it->second << endl; // print the key and value of the element

map_it->first = "new key"; // error: key is const type
++ map_it->second; // ok: we can change value through the iterator

3 给map添加元素

给map中添加键-值元素对时，有两种方式：一种是先用下标操作符获取元素，然后给获取的元素赋值，一种是使用insert成员函数实现。

3.1 使用下标访问map对象

如编写下段程序时：

map<string, int> wordCount; // empty map
// insert default initialized element with key "Anna"; then assign 1 to its value
wordCount["Anna"] = 1;

将发生以下事情：

• 在wordCount中查找键为Anna的元素，没有找到；
• 将一个新的键-值对插入到wordCount中。它的键是const string类型的对象，保存Anna。而它的值则采用值初始化，这就意味着在本例中值为0；
• 将这个新的键-值对插入到wordCount中；
• 读取插入的新元素，并将它的值赋为1。

• 下标操作符返回值的使用

通常来说，下标操作符返回左值。它返回的左值是特定键所关联的值。

cout << wordCount["Anna"] <<endl;  // fetch element indexed by Anna; ptint 1
++ wordCount["Anna"];              // fetch the element and add one to it
cout << wordCount["Anna"] << endl; // fetch element and print it; print 2

有别于vector或string类型，map下标操作符返回的类型与对map迭代器进行解引用获得的类型不相同。

• 下标行为的编程意义

对于map容器，如果下标表示的键在容器中不存在，则添加新元素，这一特性可使程序惊人的简练：

// count the number of times each word occurs in the input
map<string, int> wordCount; // empty map from string to int
string word;
while ( cin >> word )
    ++ wordCount[word];

这段程序创建一个map对象，用来记录每个单词出现的次数，while循环每次从标准输入读取一个单词，如果这是一个新的单词，则在wordCount中添加以该单词为索引的新元素，如果读入单词已经在map对象中，则将它所对应的值加1。

3.2 insert 成员函数

map容器的insert成员与顺序容器的类似，但有一点要注意：必须考虑键的作用。

操作	含义
m.insert(e)	e是一个用在m上的value_type类型的值。如果键(e.first)不在m中，则插入一个值为e.second的新元素；如果键在m中已经存在，则保持m不变。该函数返回一个pair类型对象，包含指向键为e.first的元素的map迭代器，以及一个bool的对象，表示是否插入了该元素
m.insert(begin, end)	begin和end是标记元素范围的迭代器，其中的元素必须为m.value_type类型的键-值对。对于该范围内的所有元素，如果其键在m中不存在，则将该键及其关联的值插入m。返回void类型
m.insert(iter, e)	e是一个用在m上的value_type类型的值。如果键(e.first)不在m中，则创建新元素，并以迭代器iter为起点搜索新元素存储的位置。返回一个迭代器，指向m中具有给定键的元素

• 以insert代替下标运算

使用下标给map容器添加新元素时，元素的值部分将采用值初始化。通常，我们会立即为其赋值，其实就是对同一个对象进行初始化并赋值。而insert其语法更加紧凑：

// if Anna not already in wordCount, inserts new element with value 1
wordCount.insert( map<string, int>::value_type("Anna", 1) );

这个insert函数版本的实参：

map<string, int>::value_type("Anna", 1)

是一个新创建的pair对象，将直接插入到map容器中。但是传递给insert的实参相当笨拙，有两种方法可以简化：

// first
wordCount.insert( make_pair("Anna", 1) );

// second
typedef map<string, int>::value_type valueType;
wordCount.insert( valueType("Anna", 1) );

前面我们已经学会了，使用下标操作符统计输入的单词，insert成员函数同样可以实现：

// count number of times each word occurs in the input
map<string, int> wordCount; // empty map from string to int
string word;
while ( cin >> word )
{
    // insert element with key equal to word and value 1
    // if word already in wordCount, insert does nothing
    pair<map<string, int>::iterator, bool> ret = 
        wordCount.insert(make_pair(word, 1));
    if ( !ret->second )       // word already in wordCount
        ++ ret.first->second; // increment counter
}

本处使用了带有一个键-值pair形参的insert版本将返回：包含一个迭代器和一个bool值的pair对象，其中迭代器指向map中具有相应键的元素，而bool值则表示是否插入了该元素。如果该键已在容器中，则其关联的值保持不变，返回的bool值为false；如果该键不在容器中，则插入新元素，且bool值为true。对于每个单词，都尝试insert它，并将它的值赋为1。if语句检测insert函数返回值，如果值为false则表示没有做插入操作；按照word索引的元素已在wordCount中存在，此时将该元素所关联的值加1。

4 查找并读取map元素

下标操作符给出了读取一个值的最简单方法：

map<string, int> wordCount;   // empty map from string to int
int occurs = wordCount["Anna"];

但是，该方法存在一个副作用：如果该键不存在map容器中，则下标操作会插入一个具有该键的新的元素。大多数情况下，我们其实只是想知道某元素是否存在，当该元素不存在时，我们并不打算进行插入运算。为此，map容器提供的两个操作可以解决这一问题。

操作	含义
m.count(k)	返回m中k的出现次数
m.find(k)	如果m容器中存在按k索引的元素，则返回指向该元素的迭代器。如果不存在，则返回指向超出末端迭代器

// count()
int occurs(0);
if ( wordCount.count("Anna") )
    occurs = wordCount["Anna"];

// find()
int occurs(0);
map<string, int>::iterator iter = wordCount.find("Anna");
if ( iter != wordCount.end() )
    occurs = iter->second;

5 从map对象中删除元素

操作	含义
m.erase(k)	删除m中键为k的元素。返回size_type类型的值，表示删除的元素的个数
m.erase(p)	从m中删除迭代器p所指向的元素。p必须指向m中确实存在的元素，而且不能等于m.end()。返回void类型
m.erase(b, e)	从m中删除一段范围内的元素，该范围由迭代器对b和e标记。b和e必须标记m中的一段有效范围：即b和e都要指向m中的元素或最后一个元素的下一个位置。并且，b和e要么相等（此时删除范围为空），要么b所指向的元素必须出现在e所指向的元素之前。返回void类型

// erase of a key returns number of elements removed
if ( wordCount.erase( removalWord ) )
    cout << "ok: " << removalWord << " removed!" << endl;
else
    cout << "oops: " << removalWord << " not found!" << endl;

6 对map对象的迭代遍历

// get iterator positioned on the first element
map<string, int>::const_iterator iter = wordCount.begin();

// for each element in the map
while ( iter != wordCount.end() )
{
    // print the element key, value pairs
    cout << iter->first << " occurs " << iter->second << " times." << endl;
    ++ iter; // increment iterator to denote the next element
}

参考文献：

• 《C++ Primer中文版（第四版）》，Stanley B.Lippman et al. 著， 人民邮电出版社，2013。