c++ set與unordered set的區別

c++ std中set與unordered_set區別和map與unordered_map區別類似，其底層的數據結構說明如下：

　　1、set基於紅黑樹實現，紅黑樹具有自動排序的功能，因此map內部所有的數據，在任何時候，都是有序的。

　　2、unordered_set基於哈希表，數據插入和查找的時間復雜度很低，幾乎是常數時間，而代價是消耗比較多的內存，無自動排序功能。底層實現上，使用一個下標范圍比較大的數組來存儲元素，形成很多的桶，利用hash函數對key進行映射到不同區域進行保存。

更詳細的區別，如下圖：

 

 

 set與unordered相比：

　　1、set比unordered_set使用更少的內存來存儲相同數量的元素。

　　2、對於少量的元素，在set中查找可能比在unordered_set中查找更快。

　　3、盡管許多操作在unordered_set的平均情況下更快，但通常需要保證set在最壞情況下有更好的復雜度(例如insert)。

　　4、如果您想按順序訪問元素，那么set對元素進行排序的功能是很有用的。

　　5、您可以用<、<=、>和>=從字典順序上比較不同的set集。unordered_set集則不支持這些操作。

 

一般來說，在如下情況，適合使用set：

　　1、我們需要有序的數據(不同元素)。

　　2、我們必須打印/訪問數據(按排序順序)。

　　3、我們需要知道元素的前任/繼承者。

一般來說，在如下情況，適合使用unordered_set：

　　1、我們需要保留一組元素，不需要排序。

　　2、我們需要單元素訪問，即不需要遍歷。

　　3、僅僅只是插入、刪除、查找的話。

 

示例：

set：

Input : 1, 8, 2, 5, 3, 9
Output : 1, 2, 3, 5, 8, 9

unordered_set：

Input : 1, 8, 2, 5, 3, 9
Output : 9 3 1 8 2 5 (順序依賴於 hash function)

下面再給出一個以vector<int>為key的示例，對比下set與unordered_set：

set<vector<int>> s;
    s.insert({1, 2});
    s.insert({1, 3});
    s.insert({1, 2});

    for(const auto& vec:s)
        cout<<vec<<endl;
    // 1 2
    // 1 3

因為vector重載了operator<，因此可以作為set的key。

但是如果直接使用unordered_set<vector<int>> s;則報錯，因為vector沒有hash函數，需要自己定義一個，可以定義一個類似下面這樣的hash函數：

struct VectorHash {
    size_t operator()(const std::vector<int>& v) const {
        std::hash<int> hasher;
        size_t seed = 0;
        for (int i : v) {
            seed ^= hasher(i) + 0x9e3779b9 + (seed<<6) + (seed>>2);
        }
        return seed;
    }
};

接下來這樣使用：

unordered_set<vector<int>, VectorHash> s;
s.insert({1, 2});
s.insert({1, 3});
s.insert({1, 2});

for(const auto& vec:s)
    cout<<vec<<endl;
// 1 2
// 1 3

或者模板特化struct hash<std::vector<int>>

namespace std {
    template<>
    struct hash<std::vector<int>> {
        size_t operator()(const vector<int> &v) const {
            std::hash<int> hasher;
            size_t seed = 0;
            for (int i : v) {
                seed ^= hasher(i) + 0x9e3779b9 + (seed << 6) + (seed >> 2);
            }
            return seed;
        }
    };
}

// usage example
void test_unordered_set(){
    unordered_set<std::vector<int>> s;
    s.insert({1, 2});
    s.insert({1, 3});
    s.insert({1, 2});
    for(const auto& vec:s)
        cout<<vec<<endl;
    //    1 3
    //    1 2

    std::hash<int> hasher;
    cout<<"hasher(99): "<<hasher(99)<<" ,hasher(77): "<<hasher(77)<<endl;
    // hasher(99): 99 ,hasher(77): 77
}

可以看到，在某些情況下，unordered_set的使用門檻還是挺高的。

Input : 1, 8, 2, 5, 3, 9
Output : 1, 2, 3, 5, 8, 9