C++ map, unordered_map

1. map

1.1 map简介

• map是STL的一个关联容器，它提供一对一（其中第一个可以称为关键字，每个关键字只能在map中出现一次，第二个可能称为该关键字的值）的数据 处理能力，能在处理一对一数据时，在编程上提供快速通道。
• 容器map的底层实现是红黑树，表明其内部数据结构是一个map对应一颗红黑树(一 种非严格意义上的平衡二叉树)，红黑树具有对数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的，由小到大排序。
• map是一种关联式容器，特点是增加、删除节点对迭代器的影响很小，除了那个操作节点，对其他的节点都没有什么影响。
• 通过map的迭代器，可以修改实值value，而不能修改键key。
• 自动建立key-value的对应，key 和 value可以是任意类型。
• 根据key值能快速查找记录value，查找的复杂度基本是log(N)（2为底的对数），如果有1000个记录，最多查找10次，1,000,000个记录，最多查找20次。
• 根据key值能修改value记录；能遍历所有记录，能快速删除记录。

注意啦：

1. STL是一个统一的整体，map的很多用法都和STL中其它的东西结合在一起，比如排序，这里默认用的是小于号，即less<>，如果要从大到小排序呢？
2. 由于map中内部有序，由红黑树保证，因此很多函数执行的时间复杂度都是logN（2为底）的，如果用map函数可以实现的功能，而STL Algorithm也可以完成，建议用map自带函数，效率更高。
3. map在空间上的特性：由于map的每个数据对应红黑树上的一个节点，这个节点在不保存数据时，占用16个字节（一个父节点指针，左右孩子指针，还有一个枚举值（标示红黑的，相当于平衡二叉树中的平衡因子）），这些地方 很费内存！！！

1.2 map语法（C++）

^_^ map基本函数​​​​​​汇总：

//C++ maps是一种关联式容器，包含“关键字/值”对

begin();         //返回指向map头部的迭代器
clear();         //删除所有元素
count();         //返回指定元素出现的次数
empty();         //如果map为空则返回true
end();           //返回指向map末尾的迭代器
equal_range();   //返回特殊条目的迭代器对
erase();         //删除一个元素
find();          //查找一个元素
get_allocator(); //返回map的配置器
insert();        //插入元素
key_comp();      //返回比较元素key的函数
lower_bound();   //返回键值>=给定元素的第一个位置
max_size();      //返回可以容纳的最大元素个数
rbegin();        //返回一个指向map尾部的逆向迭代器
rend();          //返回一个指向map头部的逆向迭代器
size();          //返回map中元素的个数
swap();          //交换两个map
upper_bound();   //返回键值>给定元素的第一个位置
value_comp();    //返回比较元素value的函数

（1）声明

#include 

（2）构造函数

• map共提供了6个构造函数，涉及到内存分配器。通常用如下方法构造一个map

map m;//常用的 map的构造函数

（3）插入数据（3种插入数据的方法）

• 用insert函数插入pair数据。 可以在VC和GCC下编译通过，在VC下请加入这条语句 “ ＃pragma warning (disable:4786)  ”，屏蔽4786警告 )。
• 用insert函数插入value_type数据。
• 用数组方式插入数据。
• 区别：pair和value_type在效果上是完成一样的，用insert函数插入数据，在数据的 插入上涉及到集合的唯一性这个概念，即当map中有这个关键字时，insert操作（包括pair和value_type）是插入不了数据的，但是用数组方式就不同了，用数组方式可以覆盖以前该关键字对应的值。

map m;  

//用insert函数插入pair数据
m.insert(pair(1, "Alice"));  
m.insert(pair(2, "Lily"));  

//用insert函数插入value_type数据
m.insert(map::value_type (3, "Lucy"));  
m.insert(map::value_type (4, "Maike"));

//用数组方式插入数据
m[5] = "Rose";  
m[6] = "Jack"; 


//----------
//在map中访问元素的方式：
map m;
m.insert(pair(8,9));
cout<first<<' '<second<<'\n';  //用->

• 可以用pair来获得insert是否插入成功，通过pair的第二个变量来知道是否插入成功，它的第一个变量返回的是一个map的迭代器，如果插入成功的话insert_pair.second应该是true的，否则为false，如下：

pair::iterator, bool> insert_pair;
insert_pair = m.insert(map::value_type (1, "Alice"));
if(insert_pair.second == true)  
    cout<<"Insert Successfully"<(2, "Lily"));  
if(insert_pair.second == true)  
    cout<<"Insert Successfully"<

（4）计算map大小

int mSize = m.size();

（5）遍历map数据（3种方法）

• 应用前向迭代器
• 应用反相迭代器
• 用数组的形式

//前向迭代器
map::iterator iter1;  
for(iter1 = m.begin(); iter1 != m.end(); iter1++)  
    cout<first<<' '<second<::reverse_iterator iter2;  
for(iter2 = m.rbegin(); iter2 != m.rend(); iter2++)  
    cout<first<<"  "<second<

（6）查找并获取map中的元素（包括判定被查找的关键字key是否在map中存在）

• 1）count() ：用 count() 函数来判定关键字是否出现，其缺点是无法定位数据出现位置，map的一对一的映射关系决定了count函数的返回值只有两个，0或1。存在查找的元素返回1。
• 2）find() ：用 find() 函数来定位数据出现位置，它返回一个迭代器，当数据出现时，它返回数据所在位置的迭代器，如果map中没有要查找的数据，它返回的迭代器等于end()函数返回的迭代器。
• find() ：查找map中是否包含某个关键字条目用find()方法，传入的参数是要查找的key，在这里需要提到的是begin()和end()两个成员，分别代表map对象中第一个条目，和最后一个条目，的下一个位置，这两个数据的类型是iterator。
• iterator->first 和 iterator->second：通过map对象的方法获取的iterator数据类型是一个std::pair对象，包括两个数据 iterator->first和 iterator->second分别代表关键字key和存储的数据value。

//前向迭代器
map::iterator iter;  
iter = m.find(1);  
if(iter != m.end())  //1作为key在map中存在
    cout<<"Find, the value is "<second<

• 3）lower_bound() 和 upper_bound() , 用来判定数据是否出现

• lower_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的下界(是一个迭代器)
• upper_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的上界(是一个迭代器)
• 例如：map中已经插入了1，2，3，4的话，如果lower_bound(2)的话，返回的2，而upper-bound（2）的话，返回的就是3
• 4）Equal_range() 函数返回一个pair，pair里面第一个变量是Lower_bound返回的迭代器，pair里面第二个迭代器是Upper_bound返回的迭代器，如果这两个迭代器相等的话，则说明map中不出现这个关键字。

（7）从map中删除元素

• erase(): 移除map中某个条目（key, value）用erase(), erase函数有三个重载了的函数
• 该成员方法的定义如下：
• iterator erase（iterator it);//通过一个条目对象删除
• size_type erase(const Key&key);//通过关键字删除
• iterator erase（iterator first，iterator last）//删除一个范围
• clear(): clear()相当于m.erase(m.begin(), mend());

//用迭代器删除1
map::iterator iter;
iter = m.find(1);  
m.erase(iter);  
  
//用关键字删除1 : 如果删除了会返回1，否则返回0 
int n = m.erase(1);
  
//用迭代器，成片的删除 : 一下代码把整个map清空  
m.erase(m.begin(), m.end());  
//成片删除要注意: 删除区间是一个前闭后开的集合(STL的特性)

//一下子清空所有元素
m.clear();

（8）map中的swap()

• map中的swap不是一个容器中的元素交换，而是两个容器所有元素的交换。

（9）排序 ·  map中的sort问题

• 为了实现快速查找，map内部本身就是按序(从小到大)存储的(比如红黑树), 在我们插入键值对时，就会按照key的大小顺序进行存储！！
• map中的元素是自动按key升序排序，所以不能对map用sort函数。
• 高深用法：排序问题。STL中默认是采用小于号来排序的，以上代码在排序上是不存在任何问题的，因为上面的关键字是int 型，它本身支持小于号运算，在一些特殊情况，比如关键字是一个结构体，涉及到排序就会出现问题，因为它没有小于号操作，insert等函数在编译的时候过 不去，有两个方法可以解决这个问题。
• 1）第一种：小于号重载。
• 2）第二种：仿函数的应用，这个时候结构体中没有直接的小于号重载。

（10）获取map的最后一个元素

注意加切记：
mymap.end();
mymap.rend();
这两个函数只是标记找没找到，不是返回最后一个元素！


//正确做法！！！
//输出map中的最后一个元素
map::reverse_iterator iter = m.rbegin(); //返回最后一个元素
if (iter != mymap.rend())
{
	std::cout << iter->first << " => " << iter->second << '\n';
}

//错误做法！！！
//如果这样直接用会导致崩溃 ！！
map::iterator iter2 = m.end(); //无法返回最后一个元素，因为end()是指向最后一个元素的下一个位置
std::cout << iter2->first << " => " << iter2->second << '\n';

//正确做法！！！
map::iterator iter3 = m.begin(); //返回第一个元素
if (iter3 != mymap.end())
{
	std::cout << iter3->first << " => " << iter3->second << '\n';
}

2. unordered_map

2.1 unordered_map简介

• C++ STL中，容器unordered_map的底层实现是哈希表。这一规定从 C++ 11开始的，根据 C++ 11 标准的推荐，用 unordered_map 代替 hash_map。
• 数据结构中哈希表的相关知识：哈希表（key,value）是根据 键key 直接访问 值value 的一种数据结构，即哈希表通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度，这个映射函数叫做散列函数。换句话说：unordered_map 是一种关联容器，用于存储由关键值 (Key Value，以下称为Key 值) 和映射值 (Mapped Value，以下称为映射值) 组成的元素，并且允许根据其 Key 值快速检索各个元素。
• 哈希表的一个重要问题是如何解决映射冲突的问题。常用的解决映射冲突的方法有两种：开放地址法 和 链地址法。
• 在 unordered_map 容器中，Key 值通常用来唯一标识元素，映射值是与该 Key 值关联内容的对象。Key 值与映射值的类型可能不同。
• 在 unordered_map 内部，元素没有按照其 Key 值与映射值的任何顺序进行排序 ，而是根据它们的 Hash 值组织成桶，允许它们通过其 Key 值直接快速访问单个元素（通常具有常数等级的平均时间复杂度）。
• unordered_map 实现了直接访问操作符 (operator[])，它允许使用 Key 值作为输入参数，直接访问映射值。
  容器中的迭代器至少是前向迭代器。

2.2 unordered_map与map的区别

• map是有序的，unordered_map是无序的！
• STL中，map 对应的数据结构是 红黑树。红黑树是一种近似于平衡的二叉查找树，里面的数据是有序的。在红黑树上做查找操作的时间复杂度为 O(logN)。
• 而STL中， unordered_map 对应的数据结构是 哈希表。哈希表的特点是查找效率高，时间复杂度为常数级别 O(1)， 但额外空间复杂度比map要高出许多。
• unordered_map 容器与 map 容器相比，通过 Key 值访问各个元素的速度更快，然而通过其元素子集进行范围迭代的效率通常较低。
• 使用场景：对于需要高效率查询的情况，使用 unordered_map 容器更合适。而如果对内存大小比较敏感或者要求存储的数据(key,vale)按照key的大小排序的话，则可以用 map 容器，map容器默认按照key从小到大排序。

2.3 unordered_map基本语法

• unordered_map 的用法和 map 大同小异

#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char **argv) {
    std::unordered_map map;
    map.insert(std::make_pair(3, "C++"));
    map.insert(std::make_pair(6, "Java"));
    map.insert(std::make_pair(14, "Erlang"));

    std::unordered_map::iterator it;
    if ((it = map.find(6)) != map.end()) {
        std::cout << it->second << std::endl;
    }
    return 0;
}

2.3 unordered_map使用自定义类

• 要使用哈希表，必须要有对应的计算散列值的算法以及判断两个值（或对象）是否相等的方法。
• 在 Java 中，Object 类里有两个重要方法：hashCode 和 equals 方法。其中 hashCode 方法便是为散列存储结构服务的，用来计算散列值；而 equals 方法则是用来判断两对象是否等价。由于所有的类都继承自 java.lang.Object 类，因此所有类相当于都拥有了这两个方法。
• 而在 C++ 中没有自动声明这类函数，STL 只为 C++ 常用类提供了散列函数，因此如果想在 unordered_map 中使用自定义的类，则必须为此类提供一个哈希函数和一个判断对象是否相等的函数（e.g. 重载 == 运算符）。如：

using std::string;
using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
using std::unordered_map;

class Person {
public:
    string phone;
    string name;
    string address;
    explicit Person() {}
    explicit Person(string name, string phone, string address): name(name), phone(phone), address(address) {}
    // overload operator==
    bool operator==(const Person& p) {
        return this->phone == p.phone && this->name == p.name
            && this->address == p.address;
    }
    inline friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Person& p) {
        os << "[Person] -> (" << p.name << ", " << p.phone << ", "
           << p.address << ")";
        return os;
    }
};
// declare hash
namespace std {
 template <>
 struct hash {
     std::size_t operator()(const Person& p) const {
      using std::size_t;
      using std::hash;
      using std::string;
      // Compute individual hash values for first,
      // second and third and combine them using XOR
      // and bit shifting:
      return ((hash()(p.phone)
        ^ (hash()(p.name) << 1)) >> 1)
        ^ (hash()(p.address) << 1);
     }
 };
}
unordered_map phoneMap;
void selectByPhone() {
    string phone;
    cout << "Input the phone number: "; cin >> phone;
    unordered_map::iterator it;
    int size = phoneMap.size();
    for(int pc = 0; pc < size; pc++) {
        if((it = phoneMap.find(phone)) != phoneMap.end()) {
            cout << "Query result: " << it->second << endl;
            return;
        }
    }
    cout << "Query result : target_not_found" << endl;
}

参考：

https://www.cnblogs.com/fnlingnzb-learner/p/5833051.html

https://www.sczyh30.com/posts/C-C/cpp-stl-hashmap/

https://blog.csdn.net/ajianyingxiaoqinghan/article/details/78542932（很详细）