学而时习之：C++中的标准模板库8C++ STL 中的 Map（键值对） Map 是关联容器，以键-值对（key-va

C++ STL 中的 Map（键值对）

Map 是关联容器，以 键-值对（key-value） 的形式按 键排序 存储数据。它基于 自平衡二叉搜索树（具体为 红黑树），因此具备以下特性：

查找、插入、删除的时间复杂度均为 O(log n)。
自动禁止 重复键。
键按升序排列。
与 unordered_map 相比，map 的搜索、插入、删除稍慢，但能获得 有序结果，并支持 upper_bound()、lower_bound() 等额外操作。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    // 创建空 map
    map<int, string> m1;

    // 使用初始化列表创建 map
    map<int, string> m2 = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 遍历并打印
    for (auto& p : m2){
        cout << p.first << " " << p.second << endl;
    }

    return 0;
}

1 Geeks
2 For
3 Geeks

语法

map 容器在头文件 <map> 中被定义为 std::map 类模板。

map<键, 值> m;

其中：

键类型：键（key）的数据类型。
值类型：值（value）的数据类型。
m：给 map 起的名字。

基本操作

下文展示 map 容器的基础操作：

1.插入元素

insert() 用于向 map 新增键值对。

只有当 键尚不存在 时才会成功插入；
若键已存在，insert() 不会更新原值，map 保持不变。插入时间复杂度：O(log n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = { {2, "For"}, {3, "Geeks"} };

    // 插入一对新键值
    m.insert({1, "Geeks"});

    for (auto x : m){
        cout << x.first << " " << x.second << endl;
    }
    return 0;
}

1 Geeks
2 For
3 Geeks

2.访问元素

可以使用 [] 运算符访问元素，它根据给定的键返回值；

（1）若该键不存在，[] 会自动插入该键，并将其值设为默认值。
（2）若想仅检查键是否存在而不插入，可使用 find()。

按键访问的时间复杂度：O(log n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 访问元素
    cout << m[1] << endl;     // 使用 []
    cout << m.at(2);          // 使用 at()

    return 0;
}

Geeks
For

3.更新元素

要更新某个键对应的值，只需使用 map[key] = 新值 即可。
若该键已存在，其值会被更新；若不存在，会新建该键值对。也可使用 at() 进行更新（但键必须已存在，否则会抛出异常）。
更新操作的时间复杂度：O(log n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 更新值
    m[0] = "Tweaks";     // 插入新键 0
    m.at(1) = "By";      // 更新键 1 的值

    cout << m[0] << endl;
    cout << m.at(1);
    return 0;
}

Tweaks
By

4.查找元素

find() 函数用于检查某个键是否存在于 map 中。

若找到，返回指向该键值对的迭代器；
若未找到，返回 end()，表示“不存在”。
查找时间复杂度：O(log n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 查找键为 2 的元素
    auto it = m.find(2);

    if (it != m.end())
        cout << it->first << " " << it->second;
    else
        cout << "未找到该键！";

    return 0;
}

2 For

5.遍历

可以使用循环遍历 map 中的所有键值对，访问顺序按键的升序排列。
遍历时间复杂度：O(n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 使用迭代器遍历
    for (auto it = m.begin(); it != m.end(); ++it){
        cout << it->first << " " << it->second << endl;
    }

    return 0;
}

1 Geeks
2 For
3 Geeks

6.删除元素

要从 map 中删除某个键及其对应的值，可使用 erase(key)；
若该键存在，则删除整对键值，否则不做任何操作。
也可传入迭代器删除指定位置。
删除时间复杂度：O(log n)。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

int main() {
    map<int, string> m = {
        {1, "Geeks"},
        {2, "For"},
        {3, "Geeks"}
    };

    // 按键删除
    m.erase(2);

    // 按迭代器删除
    m.erase(m.begin());

    for (auto i : m)
        cout << i.first << " " << i.second << endl;

    return 0;
}

3 Geeks

C++ STL 中的 Set（集合）

Set 是一个容器，用于存储不重复的元素，并按一定顺序排列。它基于自平衡二叉搜索树（具体为红黑树），因此具备以下特性：

查找、插入、删除的时间复杂度均为 O(log n)。
不允许重复元素。
默认按升序排列，也可通过自定义比较器指定排序规则。
与 unordered_set 相比，操作稍慢，但能得到有序序列，并支持 upper_bound()、lower_bound() 等额外功能。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main() {
    // 创建空集合
    set<int> s1;

    // 使用初始化列表创建集合（重复值会被自动去重）
    set<int> s2 = {1, 2, 3, 2, 1};

    // 遍历集合
    for (auto& x : s2){
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

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语法

set 容器在头文件 <set> 中被定义为 std::set 类模板。

set<元素类型> s;

其中：

元素类型：集合中元素的数据类型。
s：给集合起的名字。

基本操作

下面展示 set 容器的常用操作：

1.插入元素

insert() 仅当元素尚不存在时才将其加入集合；若元素已存在，insert() 什么也不做（集合不允许重复）。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main() {
    // 用初始值构造集合
    set<int> s = {2, 3};

    // 插入新元素
    s.insert(1);

    // 遍历集合
    for (auto x : s)
        cout << x << endl;

    return 0;
}

1
2
3

2.查找元素

find() 用于检查某个元素是否存在：
- 若找到，返回指向该元素的迭代器；
- 若未找到，返回 end()。
count() 也可用来判断存在性：存在返回 1，不存在返回 0。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main() {
    set<int> s = {1, 2, 3};

    // 使用 find() 查找
    auto it = s.find(1);
    if (it != s.end())
        cout << "找到元素: " << *it << endl;

    // 使用 count() 判断存在
    if (s.count(2))
        cout << "2 存在于集合中" << endl;

    // 遍历输出所有元素
    cout << "所有元素: ";
    for (auto x : s)
        cout << x << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}

找到元素: 1
2 存在于集合中
所有元素: 1 2 3

3.遍历

可以使用循环（如范围 for 或迭代器）遍历集合中的所有元素。遍历顺序即为元素在集合中的有序顺序（默认升序，或按自定义比较器）。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main() {
    set<int> s = {1, 2, 3};

    // 使用迭代器遍历
    for (auto it = s.begin(); it != s.end(); ++it)
        cout << *it << endl;

    return 0;
}

1
2
3

4.删除元素

使用 erase() 可从集合中删除指定元素：

若元素存在，则删除；
若不存在，什么也不做。

#include <iostream>
#include <set>
using namespace std;

int main() {
    set<int> s = {1, 2, 3, 4};

    // 按值删除
    s.erase(2);

    // 按迭代器删除
    s.erase(s.begin());

    // 遍历集合
    for (auto i : s)
        cout << i << " ";
    cout << endl;

    return 0;
}

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