C++ std::map的介绍和使用

一、前言

:maple_leaf:Map是STL的一个关联容器，它提供一对一（其中第一个可以称为关键字，每个关键字只能在map中出现一次，第二个可能称为该关键字的值）的数据 处理能力，由于这个特性，它完成有可能在我们处理一对一数据的时候，在编程上提供快速通道。这里说下map内部数据的组织，map内部自建一颗红黑树(一 种非严格意义上的平衡二叉树)，这颗树具有对数据自动排序的功能，所以在map内部所有的数据都是有序的，后边我们会见识到有序的好处。

二、map简介

map是一类关联式容器。它的特点是增加和删除节点对迭代器的影响很小，除了那个操作节点，对其他的节点都没有什么影响。对于迭代器来说，可以修改实值，而不能修改key。map的所有元素都是pair，同时具备key和value，其中pair的第一个元素作为key，第二个元素作为value。map不允许相同key出现，并且所有pair根据key来自动排序。

1. map的功能

自动建立Key-value的对应。key 和 value可以是任意你需要的类型。

根据key值快速查找记录，查找的复杂度基本是Log(N)，如果有1000个记录，最多查找10次，1,000,000个记录，最多查找20次。

• 快速插入Key -Value 记录。

• 快速删除记录

• 根据Key 修改value记录。

• 遍历所有记录。

2. map的基本操作函数

//map的基本操作函数：

    //C++ maps是一种关联式容器，包含“关键字/值”对
    begin()       返回指向map头部的迭代器

    clear()        删除所有元素

    count()         返回指定元素出现的次数

    empty()         如果map为空则返回true

    end()           返回指向map末尾的迭代器

    equal_range()   返回特殊条目的迭代器对

    erase()         删除一个元素

    find()          查找一个元素

    get_allocator() 返回map的配置器

    insert()        插入元素

    key_comp()      返回比较元素key的函数

    lower_bound()   返回键值>=给定元素的第一个位置

    max_size()      返回可以容纳的最大元素个数

    rbegin()        返回一个指向map尾部的逆向迭代器

    rend()          返回一个指向map头部的逆向迭代器

    size()          返回map中元素的个数

    swap()           交换两个map

    upper_bound()    返回键值>给定元素的第一个位置

    value_comp()     返回比较元素value的函数

3. map的使用

包含头文件

#include <map> //注意，STL头文件没有扩展名.h

map对象是模板类，需要关键字和存储对象两个模板参数：

std:map<int,string> personnel;

这样就定义了一个用int作为索引,并拥有相关联的指向string的指针.

为了使用方便，可以对模板类进行一下类型定义，

typedef map<int,CString> UDT_MAP_INT_CSTRING;

UDT_MAP_INT_CSTRING enumMap;

:warning:注意事项

• map的赋值运算是深拷贝，即调用map_a = map_b后，map_a中的元素拥有独立的内存空间。
• map的[]运算比较有意思，当元素不存在的时候会插入新的元素。在下面数据的插入中有使用到。
• 在map中查找key是否存在时可以用find或count方法，find查找成功返回的是迭代器，查找失败则返回mymap.end()，说明该key不存在。map中的key不允许重复，故其count方法只能返回0或1。
• 由于STL是一个统一的整体，map的很多用法都和STL中其它的东西结合在一起，比如在排序上，这里默认用的是小于号，即less<>，如果要从大到小排序呢，这里涉及到的东西很多，在此无法一一加以说明。
• 还要说明的是，map中由于它内部有序，由红黑树保证，因此很多函数执行的时间复杂度都是log2N的，如果用map函数可以实现的功能，而STL Algorithm也可以完成该功能，建议用map自带函数，效率高一些。
• 下面说下，map在空间上的特性，否则，估计你用起来会有时候表现的比较郁闷，由于map的每个数据对应红黑树上的一个节点，这个节点在不保存你的 数据时，是占用16个字节的，一个父节点指针，左右孩子指针，还有一个枚举值（标示红黑的，相当于平衡二叉树中的平衡因子），所以这些地方，很费内存…

三、map的基本使用

1.数据插入

• 使用insert函数插入pair数据
• 用insert函数插入value_type数据
• 使用数组的方式插入数据

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

int main()

{
    // 数据的插入--第一种：用insert函数插入pair数据
    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));

    // 第二种：用insert函数插入value_type数据

    mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(4, "student_four"));
    mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(5, "student_five"));
    mapStudent.insert(map<int, string>::value_type(6, "student_six"));

    // 第三种：用数组方式插入数据,map会自动排序
    mapStudent[10] = "student_one";
    mapStudent[8] = "student_two";
    mapStudent[9] = "student_three";

    map<int, string>::iterator iter;
    for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)

        cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;

}

程序运行的结果:

1 student_one
2 student_two
3 student_three
4 student_four
5 student_five
6 student_six
8 student_two
9 student_three
10 student_one

2.数据的遍历

• 应用前向迭代器
• 应用反相迭代器
• 使用数组的形式

可以用size函数查看map中插入了多少数据，比如说：

Int nSize = mapStudent.size();

参考下面代码对数据进行遍历

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

int main()

{

    map<int, string> mapStudent;
    mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
    mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));

    // 数据的遍历--第一种：应用前向迭代器
    map<int, string>::iterator iter;
    for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)

        cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
    // 数据的遍历--第二种：应用反向迭代器
    map<int, string>::reverse_iterator r_iter;

    for (r_iter = mapStudent.rbegin(); r_iter != mapStudent.rend(); r_iter++)

        cout << r_iter->first << "  " << r_iter->second << endl;
    // 数据的遍历--第三种：使用数组的形式
    int nSize = mapStudent.size();

    // 此处应注意，应该是 for(int nindex = 1; nindex <= nSize; nindex++)
    // 而不是 for(int nindex = 0; nindex < nSize; nindex++)，这是因为定义的mapStudent中key是1,2,3 
    for (int nindex = 1; nindex <= nSize; nindex++)

        cout << mapStudent[nindex] << endl;

    return 0;
}

运行输出结果：

1 student_one
2 student_two
3 student_three
3  student_three
2  student_two
1  student_one
student_one
student_two
student_three

3.查找并获取map中的元素

同时也包括判定这个关键字是否在map中出现

在这里我们将体会，map在数据插入时保证有序的好处。

要判定一个数据（关键字）是否在map中出现的方法比较多，这里标题虽然是数据的查找，在这里将穿插着大量的map基本用法。

这里给出三种数据查找方法

• 用count函数来判定关键字是否出现，其缺点是无法定位数据出现位置,由于map的特性，一对一的映射关系，就决定了count函数的返回值只有两个，要么是0，要么是1，出现的情况，当然是返回1了

• 用find函数来定位数据出现位置，它返回的一个迭代器，当数据出现时，它返回数据所在位置的迭代器，如果map中没有要查找的数据，它返回的迭代器等于end函数返回的迭代器。查找map中是否包含某个关键字条目用find()方法，传入的参数是要查找的key，在这里需要提到的是begin()和end()两个成员，分别代表map对象中第一个条目和最后一个条目，这两个数据的类型是iterator.通过map对象的方法获取的iterator数据类型是一个std::pair对象，包括两个数据 iterator->first和 iterator->second分别代表关键字和存储的数据。

• lower_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的下界(是一个迭代器),指向首个大于等于value的值

  upper_bound函数用法，这个函数用来返回要查找关键字的上界(是一个迭代器).指向首个大于value的值

  例如：map中已经插入了1，2，3，4的话，如果lower_bound(2)的话，返回的2，而upper_bound（2）的话，返回的就是3。

  Equal_range函数返回一个pair，pair里面第一个变量是Lower_bound返回的迭代器，pair里面第二个迭代器是Upper_bound返回的迭代器，如果这两个迭代器相等的话，则说明map中不出现这个关键字。

程序说明：

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

int main()
{

   map<int, string> mapStudent;

   mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));

   mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));

   mapStudent.insert(pair<int, string>(5, "student_five"));

   // 数据的查找--第一种：利用count函数查找,但无法定位数据的位置
   if (mapStudent.count(1))
      cout << " The Key 1 is present " << endl;
   else
      cout << " The Key 1 is not present " << endl;

   // 数据的查找--第二种：利用find函数查找
   map<int, string>::iterator iter;
   iter = mapStudent.find(1);

   if (iter != mapStudent.end())
      cout << "Find, the value is " << iter->second << endl;
   else
      cout << "Do not Find" << endl;

   // 数据的查找--第三种：利用equal_range
   // lower_bound,指向首个大于等于value的值
   // upper_bound,指向首个大于value的值
   // https://www.cnblogs.com/cherishui/p/16924108.html
   // 用于multimap中作用比较大
   // https://blog.csdn.net/w_weixiaotao/article/details/107191365

   iter = mapStudent.lower_bound(1);
   // 返回的是下界1的迭代器
   cout << iter->second << endl;
   iter = mapStudent.lower_bound(2);
   // 返回的是下界3的迭代器
   cout << iter->second << endl;
   iter = mapStudent.lower_bound(3);
   // 返回的是下界3的迭代器
   cout << iter->second << endl;
   iter = mapStudent.upper_bound(2);
   // 返回的是上界3的迭代器
   cout << iter->second << endl;
   iter = mapStudent.upper_bound(3);
   // 返回的是上界5的迭代器
   cout << iter->second << endl;
   pair<map<int, string>::iterator, map<int, string>::iterator> mappair;
   mappair = mapStudent.equal_range(2);
   if (mappair.first == mappair.second)
      cout << "Do not Find" << endl;
   else
      cout << "Find" << endl;
   mappair = mapStudent.equal_range(3);
   if (mappair.first == mappair.second)
      cout << "Do not Find" << endl;
   else
      cout << "Find" << endl;
   return 0;
} 

运行输出结果：

The Key 1 is present 
Find, the value is student_one
student_one
student_three
student_three
student_three
student_five
Do not Find
Find

4.从map中删除数据

移除某个map中某个条目用erase（）

该成员方法的定义如下：

iterator erase（iterator it);//通过一个条目对象删除

iterator erase（iterator first，iterator last）//删除一个范围

size_type erase(const Key&key);//通过关键字删除

clear()就相当于enumMap.erase(enumMap.begin(),enumMap.end());

这里要用到erase函数，它有三个重载了的函数，下面在例子中详细说明它们的用法

#include <map>  
  
#include <string>  
  
#include <iostream>  
  
using namespace std;  
  
void show(const char *msg, map<int, string> mp);
int main()

{

   map<int, string> mapStudent;
   mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
   mapStudent.insert(pair<int, string>(2, "student_two"));
   mapStudent.insert(pair<int, string>(3, "student_three"));
   mapStudent.insert(pair<int, string>(4, "student_four"));
   mapStudent.insert(pair<int, string>(5, "student_five"));
   show("Contents of mapStudent",mapStudent);

   // 用迭代器删除4

   map<int, string>::iterator iter;

   iter = mapStudent.find(4);

   mapStudent.erase(iter);
   show("Contents of mapStudent delete 4",mapStudent);

   // 用关键字删除1

   int n = mapStudent.erase(1); // 如果删除了会返回1，否则返回0
   cout <<n <<endl ;
   show("Contents of mapStudent delete 1",mapStudent);
   // 用迭代器，成片的删除

   // 一下代码把整个map清空

   mapStudent.erase(mapStudent.begin(), mapStudent.end());

   // 成片删除要注意的是，也是STL的特性，删除区间是一个前闭后开的集合

   show("Contents of mapStudent delte all",mapStudent);
}

// Display the contents of a map<string, int> by using an iterator.
void show(const char *msg, map<int, string> mp)
{
   map<int, string>::iterator itr;

   cout << msg << endl;
   for (itr = mp.begin(); itr != mp.end(); ++itr)
      cout << "  " << itr->first << ", " << itr->second << endl;
}

运行输出结果：

Contents of mapStudent
  1, student_one
  2, student_two
  3, student_three
  4, student_four
  5, student_five
Contents of mapStudent delete 4
  1, student_one
  2, student_two
  3, student_three
  5, student_five
1
Contents of mapStudent delete 1
  2, student_two
  3, student_three
  5, student_five
Contents of mapStudent delte all

5.map中swap用法

map中的swap不是一个容器中的元素交换，而是两个容器所有元素的交换。是用来交换两个map中的内容。
程序说明：

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
void show(const char *msg, map<string, int> mp);
int main()
{
   map<string, int> m1, m2;

   m1.insert(pair<string, int>("A", 100));
   m1.insert(pair<string, int>("G", 300));
   m1.insert(pair<string, int>("B", 200));

   m2.insert(pair<string, int>("H", 500));
   m2.insert(pair<string, int>("J", 600));
   // Exchange the contents of m1 and m2.
   cout << "Exchange m1 and m2.\n";
   m1.swap(m2);
   show("Contents of m2:", m2);
   show("Contents of m1:", m1);
   // Exchange the contents of m1 and m2.
   cout << "Exchange m1 and m2 again.\n";
   swap(m1, m2);
   show("Contents of m2:", m2);
   show("Contents of m1:", m1);
   // Clear m1.
   m1.clear();
   if (m1.empty())
      cout << "m1 is now empty.";

   return 0;
}

// Display the contents of a map<string, int> by using an iterator.
void show(const char *msg, map<string, int> mp)
{
   map<string, int>::iterator itr;

   cout << msg << endl;
   for (itr = mp.begin(); itr != mp.end(); ++itr)
      cout << "  " << itr->first << ", " << itr->second << endl;
   cout << endl;
}

运行输出结果：

Exchange m1 and m2.
Contents of m2:
  A, 100
  B, 200
  G, 300

Contents of m1:
  H, 500
  J, 600

Exchange m1 and m2 again.
Contents of m2:
  H, 500
  J, 600

Contents of m1:
  A, 100
  B, 200
  G, 300

m1 is now empty.

###6.map使用中的一些注意事项
####map的插入注意事项：
上文中提到三种插入方式：

• 用insert函数插入pair数据

• 用insert函数插入value_type数据

• 用数组方式插入数据

以上三种用法，虽然都可以实现数据的插入，但是它们是有区别的，当然了第一种和第二种在效果上是完成一样的，用insert函数插入数据，在数据的插入上涉及到集合的唯一性这个概念，即当map中有这个关键字时，insert操作是插入数据不了的，但是用数组方式就不同了，它可以覆盖以前该关键字对应的值。

mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_one"));
mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_two"));

上面这两条语句执行后，map中1这个关键字对应的值是“student_one”，第二条语句并没有生效，那么这就涉及到我们怎么知道insert语句是否插入成功的问题了，可以用pair来获得是否插入成功，程序如下

pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;

Insert_Pair = mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, "student_one"));

我们通过pair的第二个变量来知道是否插入成功，它的第一个变量返回的是一个map的迭代器，如果插入成功的话Insert_Pair.second应该是true的，否则为false。

下面是代码进行验证：

// 验证插入函数的作用效果
#include <map>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()

{
   map<int, string> mapStudent;
   pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair;
   Insert_Pair = mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_one"));
   if (Insert_Pair.second == true)
      cout << "Insert Successfully" << endl;
   else
      cout << "Insert Failure" << endl;
   Insert_Pair = mapStudent.insert(pair<int, string>(1, "student_two"));
   if (Insert_Pair.second == true)
      cout << "Insert Successfully" << endl;
   else
      cout << "Insert Failure" << endl;
   map<int, string>::iterator iter;
   for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
      cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
   cout << endl;
   // 数组插入在数据覆盖上的效果
   mapStudent[1] = "student_five";
   mapStudent[2] = "student_three";
   for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
      cout << iter->first << ' ' << iter->second << endl;
}

6.map中的sort问题

map中的元素是自动按Key升序排序，所以不能对map用sort函数；

这里要讲的是一点比较高深的用法了,排序问题，STL中默认是采用小于号来排序的，以上代码在排序上是不存在任何问题的，因为上面的关键字是int 型，它本身支持小于号运算，在一些特殊情况，比如关键字是一个结构体，涉及到排序就会出现问题，因为它没有小于号操作，insert等函数在编译的时候过 不去，下面给出两个方法解决这个问题。

• 第一种：小于号重载。

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

typedef struct tagStudentinfo
{
   int niD;
   string strName;
   bool operator<(tagStudentinfo const &_A) const
   { // 这个函数指定排序策略，按niD排序，如果niD相等的话，按strName排序
      if (niD < _A.niD)
         return true;
      if (niD == _A.niD)
         return strName.compare(_A.strName) < 0;
      return false;
   }

} Studentinfo, *PStudentinfo; // 学生信息

int main()
{
   int nSize; // 用学生信息映射分数
   map<Studentinfo, int> mapStudent;
   map<Studentinfo, int>::iterator iter;
   Studentinfo studentinfo;
   studentinfo.niD = 3;
   studentinfo.strName = "student_three";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 98));
   studentinfo.niD = 1;
   studentinfo.strName = "student_one";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 90));
   studentinfo.niD = 2;
   studentinfo.strName = "student_two";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 80));
   for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
      cout << iter->first.niD << ' ' << iter->first.strName << ' ' << iter->second << endl;
   return 0;
}

程序运行结果：

1 student_one 90
2 student_two 80
3 student_three 98

• 第二种：仿函数的应用，这个时候结构体中没有直接的小于号重载。

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

typedef struct tagStudentinfo
{
   int niD;
   string strName;
} Studentinfo, *PStudentinfo; // 学生信息

class sort
{
public:
   bool operator()(Studentinfo const &_A, Studentinfo const &_B) const
   {
      if (_A.niD < _B.niD)
         return true;
      if (_A.niD == _B.niD)
         return _A.strName.compare(_B.strName) < 0;
      return false;
   }
};

int main()
{ // 用学生信息映射分数
   map<Studentinfo, int, sort> mapStudent;
   map<Studentinfo, int>::iterator iter;
   Studentinfo studentinfo;


   studentinfo.niD = 3;
   studentinfo.strName = "student_three";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 98));
   studentinfo.niD = 1;
   studentinfo.strName = "student_one";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 90));
   studentinfo.niD = 2;
   studentinfo.strName = "student_two";
   mapStudent.insert(pair<Studentinfo, int>(studentinfo, 80));

   for (iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++)
      cout << iter->first.niD << ' ' << iter->first.strName << ' ' << iter->second << endl;
}

程序运行结果：

1 student_one 90
2 student_two 80
3 student_three 98

参考链接

本文整理和修改自以下的链接

https://blog.csdn.net/YGG12022/article/details/124042366
https://blog.csdn.net/shawn_hou/article/details/38035577#
std::map原理