c++中的set容器介绍及操作

​​一、核心特性​​

1. ​​唯一性与自动排序​​
   std::set存储的元素​​唯一且默认升序排列​​（通过std::less实现）。插入重复元素会被自动忽略：

   set s = {3, 1, 2, 2}; // 实际存储 {1, 2, 3}

   • ​​底层实现​​：红黑树（自平衡二叉搜索树），保证插入、删除、查找的​​时间复杂度为O(log n)​​

2. ​​元素不可修改​​
   元素值即键（Key），修改会破坏红黑树结构。迭代器类型为const_iterator，禁止写操作：

   auto it = s.find(2);
   *it = 4; // 编译错误！元素不可直接修改

   • 修改的正确姿势​​：先删除旧值，再插入新值

3. ​​无随机访问​​
   不支持operator[]或下标访问，遍历​​必须依赖迭代器​​（双向迭代器，仅支持++/--）

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️ ​​二、基本操作​​

​​1. 初始化与赋值​​

​​方式​​	​​示例​​
默认构造	set s;
初始化列表	set s = {1, 3, 2}; → {1, 2, 3}
迭代器范围初始化	vector v{5,4,3}; set s(v.begin(), v.end());
自定义排序规则	set> s;（降序） 4 12

​​2. 增删查操作​​

​​操作​​	​​函数​​	​​示例​​	​​返回值​​
插入元素	insert(value)	s.insert(4);	pair（成功时bool=true）
删除元素	erase(key) / erase(iter)	s.erase(3); 或 s.erase(s.begin());	返回被删元素后的迭代器
查找元素	find(key)	auto it = s.find(2);	找到返回迭代器，否则返回s.end()
统计元素存在性	count(key)	if (s.count(2)) { ... }	0或1（因元素唯一） 1 9

​​3. 遍历方式​​

// 迭代器遍历
for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";
}

// 范围循环（C++11）
for (int val : s) {
    cout << val << " ";
}

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⚙️ ​​三、高级操作​​

​​1. 自定义排序规则​​

通过函数对象或Lambda实现复杂排序：

struct CaseInsensitiveCompare {
    bool operator()(const string& a, const string& b) const {
        return tolower(a[0]) < tolower(b[0]); // 首字母不区分大小写
    }
};
set s;

​​2. 范围查询（lower_bound / upper_bound）​​

set s = {10, 20, 30, 40};
auto low = s.lower_bound(20); // 首个 ≥20 的元素 → 20
auto high = s.upper_bound(30); // 首个 >30 的元素 → 40

• ​​应用场景​​：快速定位有序数据中的区间

​​3. 结构体存储​​

需重载operator<：

struct Person {
    string name;
    int age;
    bool operator<(const Person& p) const { 
        return age < p.age; // 按年龄升序
    }
};
set s = {{"Alice", 30}, {"Bob", 25}};

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⚖️ ​​四、性能对比：set vs vector​​

​​操作​​	set	vector	​​适用场景​​
​​插入/删除​​	O(log n)（任意位置）	O(n)（非尾部操作）	频繁中间插入/删除 → ​​选set​​
​​查找​​	O(log n)（二分查找）	O(n)（线性遍历）	高频查找 → ​​选set​​
​​随机访问​​	❌ 不支持	✅ O(1)	按索引访问 → ​​选vector​​
​​内存占用​​	较高（树节点开销）	较低（连续内存）	内存敏感 → ​​选vector​​
​​元素顺序​​	自动排序	插入顺序	需有序 → ​​选set​​

​​关键结论​​：

• ​​唯一性+有序性​​需求优先选set
• ​随机访问+连续存储​​需求优先选vector

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​​五、典型应用场景​​

1. ​​数据去重与排序​​
   从重复数据中提取唯一有序序列：

   vector data = {5, 3, 5, 2, 1};
   set unique_sorted(data.begin(), data.end()); // {1, 2, 3, 5}

2. ​​高效存在性检查​​
   黑名单/白名单快速过滤：

   set blacklist = {"user1", "user2"};
   if (blacklist.find(input_user) != blacklist.end()) block_user();

3. ​​范围统计与区间查询​​
   成绩分级、区间数据分析：

   set scores = {60, 75, 85, 90};
   auto pass = scores.lower_bound(60); // ≥60的第一个元素

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⚠️ ​​六、避坑指南​​

1. ​​迭代器失效问题​​
   删除元素时，​​仅被删元素的迭代器失效​​，其他迭代器仍有效。

2. ​​无法修改元素值​​
   “修改”需先删除再插入：

   auto it = s.find(old_val);
   if (it != s.end()) {
       s.erase(it);
       s.insert(new_val); // 安全修改
   }

3. ​​自定义类型必须重载operator<​​
   否则编译失败（红黑树需比较规则）。

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​​总结​​

• ​​核心优势​​：自动去重、有序存储、O(log n)高效操作；
• ​​核心局限​​：无随机访问、内存开销较高；
• ​​替代方案​​：
  • 需重复元素 → multiset；
  • 需O(1)查找 → unordered_set（哈希表实现，无序）。