[C++ STL] map使用詳解

一、概述

map 由紅黑樹實現，其元素都是 “鍵值/實值” 所形成的一個對組（key/value pairs）。每個元素有一個鍵，是排序准則的基礎。每一個鍵只能出現一次，不允許重復。

map主要用於資料一對一映射的情況，map 內部自建一顆紅黑樹，這顆樹具有對數據自動排序的功能，所以在 map 內部所有的數據都是有序的。比如一個班級中，每個學生的學號跟他的姓名就存在着一對一映射的關系。

二、定義及初始化

使用之前必須加相應容器的頭文件：

#include <map> // map屬於std命名域的，因此需要通過命名限定，例如using std::map;

定義的代碼如下：

map<int, string> a; // 定義一個int類型的映射a
// map<int, string> a(10); // error，未定義這種構造函數
// map<int, string> a(10, 1); // error，未定義這種構造函數
map<int, string> b(a); // 定義並用映射a初始化映射b
// map<int, string> b(a.begin(), a.end());  // error，未定義這種構造函數

三、基本操作

3.1 容量函數

• 容器大小：mp.size();
• 容器最大容量：mp.max_size();
• 容器判空：mp.empty();
• 查找鍵 key 的元素個數：mp.count(key);

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp;
	mp.insert({ 1, "張三" });
	mp.insert({ 2, "李四" });
	mp.insert(pair<int, string>{ 3, "隔壁老王" });

	cout << mp.size() << endl; // 輸出：3
	cout << mp.max_size() << endl; // 輸出：89478485 // 輸出：1
	cout << mp.count(2) << endl; // 輸出：1
	if (mp.empty())
		cout << "元素為空" << endl; // 未執行

	return 0;
}

3.2 添加函數

• 在容器中插入元素：mp.insert(const T& x);
• 任意位置插入一個元素：mp.insert(iterator it, const T& x);

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp;
	// 在容器中插入元素
	mp.insert({ 1, "張三" });
	mp.insert({ 2, "李四" });
	// 任意位置插入一個元素
	map<int, string>::iterator it = mp.begin();
	mp.insert(it, pair<int, string>{ 3, "隔壁老王" }); // 會自動排序

	for (it = mp.begin(); it != mp.end(); it++)
		cout << it->first << " " << it->second << endl;
	cout << endl;

	return 0;
}

/*
1 張三
2 李四
3 隔壁老王
*/

3.3 刪除函數

• 刪除鍵值為 keyValue 的元素：mp.pop_back(const T& keyValue);
• 刪除迭代器所指的元素：mp.erase(iterator it);
• 刪除區間[first,last]之間的所有元素：mp.erase(iterator first, iterator last);
• 清空所有元素：mp.clear();

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp;
	// 在容器中插入元素
	mp.insert({ 1, "張三" });
	mp.insert({ 2, "李四" });
	mp.insert({ 4, "王五" });
	mp.insert({ 5, "小明" });
	// 任意位置插入一個元素
	mp.insert(mp.begin(), pair<int, string>{ 3, "隔壁老王" }); // 會自動排序

	// 刪除鍵值為keyValue的元素
	mp.erase(2);
	// 刪除迭代器所指的元素
	mp.erase(mp.begin());
	// 刪除區間[first,last]之間的所有元素
	mp.erase(mp.begin(), ++mp.begin());

	// 遍歷顯示
	map<int, string>::iterator it = mp.begin();
	for (it = mp.begin(); it != mp.end(); it++)
		cout << it->first << " " << it->second << endl;

	// 清空容器內的所有元素
	mp.clear();

	// 判斷map是否為空
    if (st.empty())
        cout << "元素為空" << endl; // 輸出：元素為空

	return 0;
}

/*
4 王五
5 小明
元素為空
*/

3.4 訪問函數

• 查找鍵 key 是否存在，若存在，返回該鍵的元素的迭代器；若不存在，返回 map.end()： mp.find(key);

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp;
	// 在容器中插入元素
	mp[1] = "張三";
	mp[2] = "李四";
	mp[3] = "隔壁老王";

	// 通過find(key)查找鍵值
	cout << mp.find(1)->first << endl; // 輸出：1
	cout << mp.find(2)->second << endl; // 輸出：李四

	return 0;
}

3.5 其他函數

• 交換兩個同類型容器的元素：swap(map&, map&);或mp.swap(map&);

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp1;
	// 在容器中插入元素
	mp1[1] = "張三";
	mp1[2] = "李四";
	mp1[3] = "隔壁老王";

	map<int, string> mp2;
	// 在容器中插入元素
	mp2[1] = "tom";
	mp2[2] = "jerry";
	mp2[3] = "mariy";

	// 交換兩個容器的元素
	mp2.swap(mp1);

	// 通過iterator遍歷mp1
	map<int, string>::iterator it;
	for (it = mp1.begin(); it != mp1.end(); it++)
		cout << it->second << " "; // 輸出：tom jerry mariy
	cout << endl;

	return 0;
}

四、迭代器與算法

1. 迭代器

• 開始迭代器指針：mp.begin();
• 末尾迭代器指針：mp.end(); // 指向最后一個元素的下一個位置
• 指向常量的開始迭代器指針：mp.cbegin(); // 意思就是不能通過這個指針來修改所指的內容，但還是可以通過其他方式修改的，而且指針也是可以移動的。
• 指向常量的末尾迭代器指針：mp.cend();
• 反向迭代器指針，指向最后一個元素：mp.rbegin();
• 反向迭代器指針，指向第一個元素的前一個元素：mp.rend();
• 返回最后一個 key<=keyElem 元素的迭代器：mp.lower_bound(keyElem);
• 返回第一個 key>keyElem 元素的迭代器：mp.upper_bound(keyElem);
• 返回容器中 key 與 keyElem 相等的上下限的兩個迭代器，這兩個迭代器被放在對組（pair）中： mp.equal_range(keyElem);

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using namespace std;

int main(int argc, char* argv[])
{
	map<int,string> mp;
	// 在容器中插入元素
	mp[1] = "張三";
	mp[2] = "李四";
	mp[3] = "隔壁老王";

	cout << mp.begin()->first << endl; // 輸出：1
	cout << (--mp.end())->first << endl; // 輸出：3
	cout << mp.cbegin()->first << endl; // 輸出：1
	cout << (--mp.cend())->first << endl; // 輸出：3
	cout << mp.rbegin()->first << endl; // 輸出：3
	cout << (--mp.rend())->first << endl; // 輸出：1
	cout << mp.lower_bound(2)->first << endl; // 輸出：2
	cout << mp.upper_bound(2)->first << endl; // 輸出：3
	pair<map<int, string>::iterator, map<int, string>::iterator> t_pair = mp.equal_range(2);
	cout << t_pair.first->first << endl; // 輸出：2
	cout << t_pair.second->first << endl; // 輸出：3
	cout << endl;

	return 0;
}

2. 算法

• 遍歷元素

map<int>::iterator it;
for (it = mp.begin(); it != mp.end(); it++)
    cout << it->second << endl;

五、總結

可以看到，map 與set的用法基本一致，只有以下一處不同：

• map 可以像數組那樣插入元素，而 set 不行。