C++ STL unordered_map容器用法詳解

C++ STL 標准庫中提供有 4 種無序關聯式容器，本節先講解 unordered_map 容器。

unordered_map 容器，直譯過來就是"無序 map 容器"的意思。所謂“無序”，指的是 unordered_map 容器不會像 map 容器那樣對存儲的數據進行排序。換句話說，unordered_map 容器和 map 容器僅有一點不同，即 map 容器中存儲的數據是有序的，而 unordered_map 容器中是無序的。

 

具體來講，unordered_map 容器和 map 容器一樣，以鍵值對（pair類型）的形式存儲數據，存儲的各個鍵值對的鍵互不相同且不允許被修改。但由於 unordered_map 容器底層采用的是哈希表存儲結構，該結構本身不具有對數據的排序功能，所以此容器內部不會自行對存儲的鍵值對進行排序。

 

值得一提的是，unordered_map 容器在<unordered_map>頭文件中，並位於 std 命名空間中。因此，如果想使用該容器，代碼中應包含如下語句：

1. #include <unordered_map>
2. using namespace std;

unordered_map 容器模板的定義如下所示：

　　template < class Key, //鍵值對中鍵的類

　　　　　　　class T, //鍵值對中值的類型

　　　　　　   class Hash = hash<Key>, //容器內部存儲鍵值對所用的哈希函數

　　　　　　   class Pred = equal_to<Key>, //判斷各個鍵值對鍵相同的規則

　　　　　　   class Alloc = allocator< pair<const Key,T> > // 指定分配器對象的類型

　　　　　　   > class unordered_map;

以上 5 個參數中，必須顯式給前 2 個參數傳值，並且除特殊情況外，最多只需要使用前 4 個參數，各自的含義和功能如表 1 所示。

表 1 unordered_map 容器模板類的常用參數

參數	含義
<key,T>	前 2 個參數分別用於確定鍵值對中鍵和值的類型，也就是存儲鍵值對的類型。
Hash = hash<Key>	用於指明容器在存儲各個鍵值對時要使用的哈希函數，默認使用 STL 標准庫提供的 hash<key> 哈希函數。注意，默認哈希函數只適用於基本數據類型（包括 string 類型），而不適用於自定義的結構體或者類。
Pred = equal_to<Key>	要知道，unordered_map 容器中存儲的各個鍵值對的鍵是不能相等的，而判斷是否相等的規則，就由此參數指定。默認情況下，使用 STL 標准庫中提供的 equal_to<key> 規則，該規則僅支持可直接用 == 運算符做比較的數據類型。

總的來說，當無序容器中存儲鍵值對的鍵為自定義類型時，默認的哈希函數 hash 以及比較函數 equal_to 將不再適用，只能自己設計適用該類型的哈希函數和比較函數，並顯式傳遞給 Hash 參數和 Pred 參數。至於如何實現自定義，后續章節會做詳細講解。

創建C++ unordered_map容器的方法

常見的創建 unordered_map 容器的方法有以下幾種。

1) 通過調用 unordered_map 模板類的默認構造函數，可以創建空的 unordered_map 容器。比如：

std::unordered_map<std::string, std::string> umap;

由此，就創建好了一個可存儲 <string,string> 類型鍵值對的 unordered_map 容器。

2) 當然，在創建 unordered_map 容器的同時，可以完成初始化操作。比如：

std::unordered_map<std::string, std::string> umap{

{"Python教程","http://c.biancheng.net/python/"},

{"Java教程","http://c.biancheng.net/java/"},

{"Linux教程","http://c.biancheng.net/linux/"} };

通過此方法創建的 umap 容器中，就包含有 3 個鍵值對元素。

3) 另外，還可以調用 unordered_map 模板中提供的復制（拷貝）構造函數，將現有 unordered_map 容器中存儲的鍵值對，復制給新建 unordered_map 容器。

例如，在第二種方式創建好 umap 容器的基礎上，再創建並初始化一個 umap2 容器：

std::unordered_map<std::string, std::string> umap2(umap);

由此，umap2 容器中就包含有 umap 容器中所有的鍵值對。

除此之外，C++ 11 標准中還向 unordered_map 模板類增加了移動構造函數，即以右值引用的方式將臨時 unordered_map 容器中存儲的所有鍵值對，全部復制給新建容器。例如：

//返回臨時 unordered_map 容器的函數

std::unordered_map <std::string, std::string > retUmap(){

std::unordered_map<std::string, std::string>tempUmap{

{"Python教程","http://c.biancheng.net/python/"},

{"Java教程","http://c.biancheng.net/java/"},

{"Linux教程","http://c.biancheng.net/linux/"} };

return tempUmap;

}

//調用移動構造函數，創建 umap2 容器

std::unordered_map<std::string, std::string> umap2(retUmap());

注意，無論是調用復制構造函數還是拷貝構造函數，必須保證 2 個容器的類型完全相同。

4) 當然，如果不想全部拷貝，可以使用 unordered_map 類模板提供的迭代器，在現有 unordered_map 容器中選擇部分區域內的鍵值對，為新建 unordered_map 容器初始化。例如：

//傳入 2 個迭代器，

std::unordered_map<std::string, std::string> umap2(++umap.begin(),umap.end());

通過此方式創建的 umap2 容器，其內部就包含 umap 容器中除第 1 個鍵值對外的所有其它鍵值對。

C++ unordered_map容器的成員方法

unordered_map 既可以看做是關聯式容器，更屬於自成一脈的無序容器。因此在該容器模板類中，既包含一些在學習關聯式容器時常見的成員方法，還有一些屬於無序容器特有的成員方法。

表 2 列出了 unordered_map 類模板提供的所有常用的成員方法以及各自的功能。

表 2 unordered_map類模板成員方法

成員方法	功能
begin()	返回指向容器中第一個鍵值對的正向迭代器。
end()	返回指向容器中最后一個鍵值對之后位置的正向迭代器。
cbegin()	和 begin() 功能相同，只不過在其基礎上增加了 const 屬性，即該方法返回的迭代器不能用於修改容器內存儲的鍵值對。
cend()	和 end() 功能相同，只不過在其基礎上，增加了 const 屬性，即該方法返回的迭代器不能用於修改容器內存儲的鍵值對。
empty()	若容器為空，則返回 true；否則 false。
size()	返回當前容器中存有鍵值對的個數。
max_size()	返回容器所能容納鍵值對的最大個數，不同的操作系統，其返回值亦不相同。
operator[key]	該模板類中重載了 [] 運算符，其功能是可以向訪問數組中元素那樣，只要給定某個鍵值對的鍵 key，就可以獲取該鍵對應的值。注意，如果當前容器中沒有以 key 為鍵的鍵值對，則其會使用該鍵向當前容器中插入一個新鍵值對。
at(key)	返回容器中存儲的鍵 key 對應的值，如果 key 不存在，則會拋出 out_of_range 異常。
find(key)	查找以 key 為鍵的鍵值對，如果找到，則返回一個指向該鍵值對的正向迭代器；反之，則返回一個指向容器中最后一個鍵值對之后位置的迭代器（如果 end() 方法返回的迭代器）。
count(key)	在容器中查找以 key 鍵的鍵值對的個數。
equal_range(key)	返回一個 pair 對象，其包含 2 個迭代器，用於表明當前容器中鍵為 key 的鍵值對所在的范圍。
emplace()	向容器中添加新鍵值對，效率比 insert() 方法高。
emplace_hint()	向容器中添加新鍵值對，效率比 insert() 方法高。
insert()	向容器中添加新鍵值對。
erase()	刪除指定鍵值對。
clear()	清空容器，即刪除容器中存儲的所有鍵值對。
swap()	交換 2 個 unordered_map 容器存儲的鍵值對，前提是必須保證這 2 個容器的類型完全相等。
bucket_count()	返回當前容器底層存儲鍵值對時，使用桶（一個線性鏈表代表一個桶）的數量。
max_bucket_count()	返回當前系統中，unordered_map 容器底層最多可以使用多少桶。
bucket_size(n)	返回第 n 個桶中存儲鍵值對的數量。
bucket(key)	返回以 key 為鍵的鍵值對所在桶的編號。
load_factor()	返回 unordered_map 容器中當前的負載因子。負載因子，指的是的當前容器中存儲鍵值對的數量（size()）和使用桶數（bucket_count()）的比值，即 load_factor() = size() / bucket_count()。
max_load_factor()	返回或者設置當前 unordered_map 容器的負載因子。
rehash(n)	將當前容器底層使用桶的數量設置為 n。
reserve()	將存儲桶的數量（也就是 bucket_count() 方法的返回值）設置為至少容納count個元（不超過最大負載因子）所需的數量，並重新整理容器。
hash_function()	返回當前容器使用的哈希函數對象。

注意，對於實現互換 2 個相同類型 unordered_map 容器的鍵值對，除了可以調用該容器模板類中提供的 swap() 成員方法外，STL 標准庫還提供了同名的 swap() 非成員函數。

下面的樣例演示了表 2 中部分成員方法的用法：

 

#include <iostream>

#include <string>

#include <unordered_map>

using namespace std;

int main()

{

//創建空 umap 容器

unordered_map<string, string> umap;

//向 umap 容器添加新鍵值對

umap.emplace("Python教程", "http://c.biancheng.net/python/");

umap.emplace("Java教程", "http://c.biancheng.net/java/");

umap.emplace("Linux教程", "http://c.biancheng.net/linux/");

1. //輸出 umap 存儲鍵值對的數量
2. cout << "umap size = " << umap.size() << endl;
3. //使用迭代器輸出 umap 容器存儲的所有鍵值對
4. for (auto iter = umap.begin(); iter != umap.end(); ++iter) {
5. cout << iter->first << " " << iter->second << endl;
6. }
7. return 0;
8. }

程序執行結果為：

umap size = 3
Python教程 http://c.biancheng.net/python/
Linux教程 http://c.biancheng.net/linux/
Java教程 http://c.biancheng.net/java/