C++ unordered_map和unordered_set的使用（模拟实现）
unordered_set
unordered_set是C++标准库提供的一种无序关联容器，其底层实现基于哈希表。与传统的set相比，它提供了更高效的查找性能，平均时间复杂度为O(1)。
类模板声明解析：
template <
class Key, // 元素类型
class Hash = hash<Key>, // 哈希函数对象
class Pred = equal_to<Key>, // 键值相等比较函数
class Alloc = allocator<Key> // 内存分配器
> class unordered_set;
与set的关键差异
-
底层数据结构：
- set：基于红黑树（平衡二叉搜索树）
- unordered_set：基于哈希表
-
元素排序：
- set：元素自动排序（按Key升序）
- unordered_set：元素无序存储
-
性能特点：
- set：查找、插入、删除操作的时间复杂度为O(logN)
- unordered_set：平均时间复杂度为O(1)，最坏情况下为O(N)
-
迭代器特性：
- set：双向迭代器，支持前后移动
- unordered_set：单向迭代器，只能向前移动
性能对比实验分析
两种容器在不同操作上的时间差异：
#include 
实验结果分析：
- 插入操作：unordered_set通常快于set，特别是数据量大时差异更明显
- 查找操作：unordered_set的优势最为显著
- 删除操作：unordered_set同样表现更优
unordered_map
unordered_map与map的差异
unordered_map与map的差异类似于unordered_set与set的差异：
-
键值要求：
- map：要求Key支持小于比较
- unordered_map：要求Key可转换为整型且支持等于比较
-
迭代器特性：
- map：双向迭代器，遍历时按键值有序
- unordered_map：单向迭代器，遍历时无序
-
性能差异：
- 与set/unordered_set类似，unordered_map在大多数场景下性能更优
允许重复键值的变体
标准库还提供了允许键值重复的版本：
- unordered_multiset：允许重复元素的unordered_set
- unordered_multimap：允许重复键的unordered_map
这些变体与普通版本的差异主要体现在：
- 允许键值重复
- 相关接口返回的可能是多个元素
- 性能特征与普通版本类似
高级特性：哈希相关接口
unordered_xxx系列容器提供了一些与哈希策略相关的接口，包括：
- bucket_count()：返回桶的数量
- load_factor()：返回当前负载因子
- max_load_factor()：获取或设置最大负载因子
- rehash()：重新哈希，调整桶的数量
这些接口在日常使用中较少涉及，但在需要精细控制哈希表性能时非常有用。
使用建议
-
选择容器时的考虑因素：
- 需要元素有序：选择set/map
- 追求最高性能：优先考虑unordered_set/unordered_map
- 需要键值重复：选择multi版本
-
性能优化建议：
- 对于unordered_xxx容器，预先调用reserve()可以避免多次rehash
- 自定义类型作为Key时，需要提供良好的哈希函数
-
使用场景推荐：
- 高频查找操作：unordered_xxx系列
- 需要有序遍历：set/map系列
- 数据量较小：差异不明显，可根据代码清晰度选择
unordered_map 和 unordered_set 模拟实现
HashTable.h
#pragma once
#includeUnorderedMap.h
#pragma once
#include"HashTable.h"
namespace sty
{
// unordered_map 模板类
template<class K, class V, class Hash = HashFunc<K>>
class unordered_map
{
// 从pair中提取key的仿函数
struct MapKeyOfT
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
{
return kv.first;
}
};
public:
// 迭代器类型定义
typedef typename hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT, Hash>::Iterator iterator;
typedef typename hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT, Hash>::Const_Iterator const_iterator;
// 获取起始迭代器
iterator begin()
{
return _ht.Begin();
}
// 获取结束迭代器
iterator end()
{
return _ht.End();
}
// 获取常量起始迭代器
const_iterator begin() const
{
return _ht.Begin();
}
// 获取常量结束迭代器
const_iterator end() const
{
return _ht.End();
}
// 下标操作符
V& operator[](const K& key)
{
pair<iterator, bool> ret = insert({ key, V() });
return ret.first->second;
}
// 插入元素
pair<iterator, bool> insert(const pair<K,V>& kv)
{
return _ht.Insert(kv);
}
// 查找元素
iterator Find(const K& key)
{
return _ht.Find(key);
}
// 删除元素
bool Erase(const K& key)
{
return _ht.Erase(key);
}
private:
// 底层哈希表
hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT, Hash> _ht;
};
}
UnorderedSet.h
#pragma once
#include"HashTable.h"
namespace sty
{
// unordered_set 模板类
template<class K, class Hash = HashFunc<K>>
class unordered_set
{
// 从key中提取key的仿函数（直接返回key本身）
struct SetKeyOfT
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
public:
// 迭代器类型定义
typedef typename hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT, Hash>::Iterator iterator;
typedef typename hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT, Hash>::Const_Iterator const_iterator;
// 获取起始迭代器
iterator begin()
{
return _ht.Begin();
}
// 获取结束迭代器
iterator end()
{
return _ht.End();
}
// 获取常量起始迭代器
const_iterator begin() const
{
return _ht.Begin();
}
// 获取常量结束迭代器
const_iterator end() const
{
return _ht.End();
}
// 插入元素
pair<iterator, bool> insert(const K& key)
{
return _ht.Insert(key);
}
// 查找元素
iterator Find(const K& key)
{
return _ht.Find(key);
}
// 删除元素
bool Erase(const K& key)
{
return _ht.Erase(key);
}
private:
// 底层哈希表
hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT, Hash> _ht;
};
}