STL源码剖析之五：关联式容器
关联式容器
所谓关联式容器，观念上类似于关联式数据库：每笔数据都有一个键值（key）和一个实际值（value）。当元素被插入容器时，内部机制根据键值，按着一定的规则将元素置于特定的位置。关联式容器没有所谓头尾的概念（只有最大元素，最小元素），所以不会有类似push_back(),push_front()这样的操作。
标准的stl关联式容器分为set和map两大类，以及这两大类的衍生体multiset和multimap，这些容器的底层机制均以RB-tree来实现，RB-tree也是一个独立容器，并不开放给外界使用。此外，SGI STL还提供了一个不在标准之内的关联式容器hash-table，以及以之为底层机制而完成的hash-set,hash-map,hash-multiset,hash-multimap。
二叉搜索树
一般而言，关联式容器的内部结构是二叉搜索树（binary balanced tree），BBT有很多种类，包括RB-Tree,AVL-Tree,AA-Tree，其中最被广泛运用的是RB-tree。
二叉搜索树的的规则是：任何结点的键值都大于其左子树中每个结点的键值，而小于其右子树中每一个结点的键值。二叉搜索树支持的操作时间复杂度与树的高度成正比，如果树是平衡的（极端是完全二叉树），其操作效率就高，不平衡（极端是单链），其操作效率就低。为了保证操作的效率，因此有所谓平衡二叉树的概念。
平衡二叉树是施加了某些条件来保证平衡性的二叉搜索树，关于AVL树和RB-TREE的定义和如何保证平衡性，可以参考《算法导论》或其他介绍数据结构的书籍。
AVLtree的平衡性要求比RB-Tree要严格，至于STL为何选择RB-Tree作为关联式容器的底层机制，而不是AVL-Tree，我认为应该是由于保证平衡性本身要增加一定的算法复杂度，要求越严格，操作过程中对树的调整就越频繁。RB-tree在两个指标之间达到了比较好的折中，实际效果要好于AVL-Tree。
Set和MutiSet
set是集合，它的元素的键值就是实值，实值就是键值，不允许两个元素有相同的值。
我们不可以通过set的iterator来改变元素的值，因为set的元素值就是键值，改变键值会违反元素排列的规则。
在客户端对set进行插入或删除操作后，之前的迭代器依然有效（当然被删除那个元素的迭代器除外）。
STL还提供了一些集合算法包括交际、并集等。
set底层机制是RB-tree,所有的操作都只是转掉RB-tree的操作行为而已。
MultiSet和set几乎一样，唯一的区别是，multiset允许键值重复。
Map和MultiMap
Map的元素都是pair，第一个值是键值，第二个是实值。
我们可以通过map的迭代器来改变元素的实值。
MultiMap和Map几乎一样，唯一的区别是允许键值重复。
HashTable
Hash table可以提供对任意有名项的存取和删除操作，这种结构的用意在于提供常数时间的的基本操作。
stl hash table采用的hash方式是开链法。
hash table的存储结构分成两级，第一级是连续空间的桶子(buckets)，每个桶子里面是一个结点链表。桶子列表是用stl vector来实现的，而链表结构和list或slist没有关系。
hash table的迭代器没有定义后退操作。
stl hash table的模板参数非常多：
Value：实值类型；
Key：键值类型；
HashFun：将键值转化为hash值的函数(注意这个不是通常所说的映射地址的哈希函数)。
ExtractKey：从结点中取出键值的方法
EqualKey：判断键值是否相等的函数
Alloc：空间配置器，默认std::alloc
虽然开链法并不要求表格大小为质数，但stl任然使用质数。并先将28个质数准备好，以备随时访问。当需要初始化或扩张表格时至n时，就设定表格实际大小为最接近且不小于n的质数。
stl hash table扩张表格的触发条件是：当元素的数目大于或等于表格的大小。（这个条件应该是为了保证常数操作时间，在统计基础上得出的）。
Hash_Map，Hash_Set，Hash_MultiSet,Hash_MultiMap
这些容器和前面介绍的一一对应，只不过这些是以hash_tabel为底层实现机制的。
底层机制决定了这两组容器的区别：
RB-tree组对元素实现排序，而hash_map组没有；
RB-tree的查找时间复杂度为lg(n)，而hash_map组为常数时间；
RB-tree组在空间利用上，不会浪费结点，而hash_map组可能会有一些空置桶。
