C++ STL 中map的一些用法

原文出自：http://mxdxm.javaeye.com/blog/518571


Map概述 
Map是STL的一個關聯容器，它提供一對一（其中第一個可以稱爲關鍵字，每個關鍵字只能在map中出現一次，第二個可能稱爲該關鍵字的值）的數據處理能力，由於這個特性，它完成有可能在我們處理一對一數據的時候，在編程上提供快速通道。這裏說下map內部數據的組織，map內部自建一顆紅黑樹(一種非嚴格意義上的平衡二叉樹)，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，後邊我們會見識到有序的好處。
下面舉例說明什麼是一對一的數據映射。比如一個班級中，每個學生的學號跟他的姓名就存在着一一映射的關係，這個模型用map可能輕易描述，很明顯學號用int描述，姓名用字符串描述(本篇文章中不用char *來描述字符串，而是採用STL中string來描述),下面給出map描述代碼：
Map<int, string> mapStudent; 

1.       map的構造函數 
map共提供了6個構造函數，這塊涉及到內存分配器這些東西，略過不表，在下面我們將接觸到一些map的構造方法，這裏要說下的就是，我們通常用如下方法構造一個map： 
Map<int, string> mapStudent; 

2.       數據的插入 
在構造map容器後，我們就可以往裏面插入數據了。這裏講三種插入數據的方法： 
第一種：用insert函數插入pair數據，下面舉例說明(以下代碼雖然是隨手寫的，應該可以在VC和GCC下編譯通過，大家可以運行下看什麼效果，在VC下請加入這條語句，屏蔽4786警告＃pragma warning (disable:4786) )

#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”)); 
       map<int, string>::iterator iter; 
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++) 
       { 
       		Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end; 
       } 
}

第二種：用insert函數插入value_type數據，下面舉例說明

#include <map> 
#include <string> 
#include <iostream> 
Using namespace std; 
Int main() 
{ 
       Map<int, string> mapStudent; 
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”)); 
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (2, “student_two”)); 
       mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (3, “student_three”)); 
       map<int, string>::iterator iter; 
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++) 
       { 
       		Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end; 
       } 
} 

第三種：用數組方式插入數據，下面舉例說明

#include <map> 
#include <string> 
#include <iostream> 
Using namespace std; 
Int main() 
{ 
       Map<int, string> mapStudent; 
       mapStudent[1] = “student_one”; 
       mapStudent[2] = “student_two”; 
       mapStudent[3] = “student_three”; 
       map<int, string>::iterator iter; 
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++) 
      {  
       		Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end; 
      } 
} 

以上三種用法，雖然都可以實現數據的插入，但是它們是有區別的，當然了第一種和第二種在效果上是完成一樣的，用insert函數插入數據，在數據的插入上涉及到集合的唯一性這個概念，即當map中有這個關鍵字時，insert操作是插入數據不了的，但是用數組方式就不同了，它可以覆蓋以前該關鍵字對應的值，用程序說明
mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”)); 
mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_two”)); 
上面這兩條語句執行後，map中1這個關鍵字對應的值是“student_one”，第二條語句並沒有生效，那麼這就涉及到我們怎麼知道insert語句是否插入成功的問題了，可以用pair來獲得是否插入成功，程序如下
Pair<map<int, string>::iterator, bool> Insert_Pair; 
Insert_Pair = mapStudent.insert(map<int, string>::value_type (1, “student_one”));
我們通過pair的第二個變量來知道是否插入成功，它的第一個變量返回的是一個map的迭代器，如果插入成功的話Insert_Pair.second應該是true的，否則爲false。
下面給出完成代碼，演示插入成功與否問題 

#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<<end; 
     } 
} 

大家可以用如下程序，看下用數組插入在數據覆蓋上的效果 

#include <map> 
#include <string> 
#include <iostream> 
Using namespace std; 
Int main() 
{ 
       Map<int, string> mapStudent; 
       mapStudent[1] = “student_one”; 
       mapStudent[1] = “student_two”; 
       mapStudent[2] = “student_three”; 
       map<int, string>::iterator iter; 
       for(iter = mapStudent.begin(); iter != mapStudent.end(); iter++) 
      { 
               Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end; 
      } 
} 

3.       map的大小 
在往map裏面插入了數據，我們怎麼知道當前已經插入了多少數據呢，可以用size函數，用法如下： 
Int nSize = mapStudent.size(); 


4.       數據的遍歷 
這裏也提供三種方法，對map進行遍歷 
第一種：應用前向迭代器，上面舉例程序中到處都是了，略過不表 
第二種：應用反相迭代器，下面舉例說明，要體會效果，請自個動手運行程序 

#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”)); 
       map<int, string>::reverse_iterator iter; 
       for(iter = mapStudent.rbegin(); iter != mapStudent.rend(); iter++) 
      { 
       		Cout<<iter->first<<”   ”<<iter->second<<end; 
      } 
} 

第三種：用數組方式，程序說明如下 

#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”)); 
       int nSize = mapStudent.size() 
       for(int nIndex = 0; nIndex < nSize; nIndex++) 
       { 
       		Cout<<mapStudent[nIndex]<<end; 
        } 
} 

5.       數據的查找（包括判定這個關鍵字是否在map中出現） 
在這裏我們將體會，map在數據插入時保證有序的好處。 
要判定一個數據（關鍵字）是否在map中出現的方法比較多，這裏標題雖然是數據的查找，在這裏將穿插着大量的map基本用法。 
這裏給出三種數據查找方法 
第一種：用count函數來判定關鍵字是否出現，其缺點是無法定位數據出現位置,由於map的特性，一對一的映射關係，就決定了count函數的返回值只有兩個，要麼是0，要麼是1，出現的情況，當然是返回1了
第二種：用find函數來定位數據出現位置，它返回的一個迭代器，當數據出現時，它返回數據所在位置的迭代器，如果map中沒有要查找的數據，它返回的迭代器等於end函數返回的迭代器，程序說明

#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>(2, “student_two”)); 
       mapStudent.insert(pair<int, string>(3, “student_three”)); 
       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; 
     } 
} 

第三種：這個方法用來判定數據是否出現，是顯得笨了點，但是，我打算在這裏講解 
Lower_bound函數用法，這個函數用來返回要查找關鍵字的下界(是一個迭代器) 
Upper_bound函數用法，這個函數用來返回要查找關鍵字的上界(是一個迭代器) 
例如：map中已經插入了1，2，3，4的話，如果lower_bound(2)的話，返回的2，而upper-bound（2）的話，返回的就是3 
Equal_range函數返回一個pair，pair裏面第一個變量是Lower_bound返回的迭代器，pair裏面第二個迭代器是Upper_bound返回的迭代器，如果這兩個迭代器相等的話，則說明map中不出現這個關鍵字，程序說明 

#include <map> 
#include <string> 
#include <iostream> 
Using namespace std; 
Int main() 
{ 
       Map<int, string> mapStudent; 
       mapStudent[1] = “student_one”; 
       mapStudent[3] = “student_three”; 
       mapStudent[5] = “student_five”; 
       map<int, string>::iterator iter; 
       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; 
      } 
}

6.       數據的清空與判空 
清空map中的數據可以用clear()函數，判定map中是否有數據可以用empty()函數，它返回true則說明是空map 


7.       數據的刪除 
這裏要用到erase函數，它有三個重載了的函數，下面在例子中詳細說明它們的用法 

#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”)); 
//如果你要演示輸出效果，請選擇以下的一種，你看到的效果會比較好 
       //如果要刪除1,用迭代器刪除 
       map<int, string>::iterator iter; 
       iter = mapStudent.find(1); 
       mapStudent.erase(iter); 
       //如果要刪除1，用關鍵字刪除 
       Int n = mapStudent.erase(1);//如果刪除了會返回1，否則返回0 
       //用迭代器，成片的刪除 
       //一下代碼把整個map清空 
       mapStudent.earse(mapStudent.begin(), mapStudent.end()); 
       //成片刪除要注意的是，也是STL的特性，刪除區間是一個前閉後開的集合 
       //自個加上遍歷代碼，打印輸出吧 
} 

8.       其他一些函數用法 
這裏有swap,key_comp,value_comp,get_allocator等函數，感覺到這些函數在編程用的不是很多，略過不表，有興趣的話可以自個研究 


9.       排序 
這裏要講的是一點比較高深的用法了,排序問題，STL中默認是採用小於號來排序的，以上代碼在排序上是不存在任何問題的，因爲上面的關鍵字是int型，它本身支持小於號運算，在一些特殊情況，比如關鍵字是一個結構體，涉及到排序就會出現問題，因爲它沒有小於號操作，insert等函數在編譯的時候過不去，下面給出兩個方法解決這個問題
第一種：小於號重載，程序舉例 

#include <map> 
#include <string> 
Using namespace std; 
Typedef struct tagStudentInfo 
{ 
       Int      nID; 
       String    strName; 
}StudentInfo, *PStudentInfo; //學生信息 
Int main() 
{ 
       //用學生信息映射分數 
       Map<StudentInfo, int>mapStudent; 
       StudentInfo studentInfo; 
       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)); 
} 

以上程序是無法編譯通過的，只要重載小於號，就OK了，如下： 

Typedef struct tagStudentInfo 
{ 
       Int      nID; 
       String    strName; 
       Bool operator < (tagStudentInfo const& _A) const 
       { 
              //這個函數指定排序策略，按nID排序，如果nID相等的話，按strName排序 
              If(nID < _A.nID) return true; 
              If(nID == _A.nID) return strName.compare(_A.strName) < 0; 
              Return false; 
       } 
}StudentInfo, *PStudentInfo; //學生信息 

第二種：仿函數的應用，這個時候結構體中沒有直接的小於號重載，程序說明 

#include <map> 
#include <string> 
Using namespace std; 
Typedef struct tagStudentInfo 
{ 
       Int      nID; 
       String    strName; 
}StudentInfo, *PStudentInfo; //學生信息 
Classs 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() 
{ 
       //用學生信息映射分數 
       Map<StudentInfo, int, sort>mapStudent; 
       StudentInfo studentInfo; 
       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)); 
} 

10.   另外 
由於STL是一個統一的整體，map的很多用法都和STL中其它的東西結合在一起，比如在排序上，這裏默認用的是小於號，即less<>，如果要從大到小排序呢，這裏涉及到的東西很多，在此無法一一加以說明。
還要說明的是，map中由於它內部有序，由紅黑樹保證，因此很多函數執行的時間複雜度都是log2N的，如果用map函數可以實現的功能，而STL Algorithm也可以完成該功能，建議用map自帶函數，效率高一些。
下面說下，map在空間上的特性，否則，估計你用起來會有時候表現的比較鬱悶，由於map的每個數據對應紅黑樹上的一個節點，這個節點在不保存你的數據時，是佔用16個字節的，一個父節點指針，左右孩子指針，還有一個枚舉值（標示紅黑的，相當於平衡二叉樹中的平衡因子），我想大家應該知道，這些地方很費內存.