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STL Set和multiset容器详解

set/multiset的简介

  • set是一个集合容器,其中所包含的元素是唯一的,集合中的元素按一定的顺序排列。元素插入过程是按排序规则插入,所以不能指定插入位置。
    set采用红黑树变体的数据结构实现,红黑树属于平衡二叉树。在插入操作和删除操作上比vector快。
  • set不可以直接存取元素。(不可以使用at.(pos)与[]操作符)。
  • multiset与set的区别:set支持唯一键值,每个元素值只能出现一次;而multiset中同一值可以出现多次。
  • 不可以直接修改set或multiset容器中的元素值,因为该类容器是自动排序的。如果希望修改一个元素值,必须先删除原有的元素,再插入新的元素。

头文件 #include <set>

图解

set/multiset对象的默认构造

  • set<int> setInt; //一个存放int的set容器。
  • set<float> setFloat; //一个存放float的set容器。
  • set<string> setString; //一个存放string的set容器。
  • multiset<int> mulsetInt; //一个存放int的multi set容器。
  • multi set<float> multisetFloat; //一个存放float的multi set容器。
  • multi set<string> multisetString; //一个存放string的multi set容器。

set的插入与迭代器

  • set.insert(elem); //在容器中插入元素。
  • set.begin(); //返回容器中第一个数据的迭代器。
  • set.end(); //返回容器中最后一个数据之后的迭代器。
  • set.rbegin(); //返回容器中倒数第一个元素的迭代器。
  • set.rend(); //返回容器中倒数最后一个元素的后面的迭代器。
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set<int> setInt;
setInt.insert(3); setInt.insert(1);setInt.insert(5);setInt.insert(2);
for(set<int>::iterator it=setInt.begin(); it!=setInt.end(); ++it)
{
int iItem = *it;
cout << iItem; //或直接使用cout << *it
}
//这样子便顺序输出 1 2 3 5。

set.rbegin()set.rend()略。

Set集合的元素排序

  • set<int,less<int> > setIntA; //该容器是按升序方式排列元素。
  • set<int,greater<int>> setIntB; //该容器是按降序方式排列元素。
  • set<int> 相当于 set<int,less<int>>。
  • less<int>greater<int>中的int可以改成其它类型,该类型主要要跟set容纳的数据类型一致。
  • 疑问1:less<>greater<>是什么?
  • 疑问2:如果set<>不包含int类型,而是包含自定义类型,set容器如何排序?
    要解决如上两个问题,需要了解容器的函数对象,也叫伪函数,英文名叫functor
    下面将讲解什么是functorfunctor的用法。

使用stl提供的函数对象

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set<int,greater<int>> setIntB;   
setIntB.insert(3);
setIntB.insert(1);
setIntB.insert(5);
setIntB.insert(2);

此时容器setIntB就包含了按顺序的5,3,2,1元素

  • functor,翻译成函数对象,伪函数,算符,是重载了“()”操作符的普通类对象。从语法上讲,它与普通函数行为类似。
    • greater<>less<>就是函数对象。

下面举出greater<int>的简易实现原理。

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struct greater
{
bool operator() (const int& iLeft, const int& iRight)
{
return (iLeft>iRight); //如果是实现less<int>的话,这边是写return (iLeft<iRight);
}
}

容器就是调用函数对象的operator()方法去比较两个值的大小。

例题:

题目:学生包含学号,姓名属性,现要求任意插入几个学生对象到set容器中,使得容器中的学生按学号的升序排序。

解:

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//学生类
class CStudent
{
public:
CStudent(int iID, string strName)
{
m_iID = iID;
m_strName = strName;
}
int m_iID; //学号
string m_strName; //姓名
}
//为保持主题鲜明,本类不写拷贝构造函数,不类也不需要写拷贝构造函数。但大家仍要有考虑拷贝构造函数的习惯。

//函数对象
struct StuFunctor
{
bool operator() (const CStudent &stu1, const CStudent &stu2)
{
return (stu1.m_iID<stu2.m_iID);
}
}

//main函数
void main()
{
set<CStudent, StuFunctor> setStu;
setStu.insert(CStudent(3,"小张"));
setStu.insert(CStudent(1,"小李"));
setStu.insert(CStudent(5,"小王"));
setStu.insert(CStudent(2,"小刘"));
//此时容器setStu包含了四个学生对象,分别是按姓名顺序的“小李”,“小刘”,“小张”,“小王”
}

set对象的拷贝构造与赋值

set(const set &st); //拷贝构造函数
set& operator=(const set &st); //重载等号操作符
set.swap(st); //交换两个集合容器

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set<int> setIntA;
setIntA.insert(3);
setIntA.insert(1);
setIntA.insert(7);
setIntA.insert(5);
setIntA.insert(9);

set<int> setIntB(setIntA); //1 3 5 7 9

set<int> setIntC;
setIntC = setIntA; //1 3 5 7 9

setIntC.insert(6);
setIntC.swap(setIntA); //交换

set的大小

  • set.size(); //返回容器中元素的数目
  • set.empty();//判断容器是否为空
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set<int> setIntA;
setIntA.insert(3);
setIntA.insert(1);
setIntA.insert(7);
setIntA.insert(5);
setIntA.insert(9);

if (!setIntA.empty())
{
int iSize = setIntA.size(); //5
}

set的删除

  • set.clear(); //清除所有元素
  • set.erase(pos); //删除pos迭代器所指的元素,返回下一个元素的迭代器。
  • set.erase(beg,end); //删除区间[beg,end)的所有元素 ,返回下一个元素的迭代器。
  • set.erase(elem); //删除容器中值为elem的元素。

删除区间内的元素

setInt是用set声明的容器,现已包含按顺序的1,3,5,6,9,11元素。

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set<int>::iterator itBegin=setInt.begin();
++ itBegin;
set<int>::iterator itEnd=setInt.begin();
++ itEnd;
++ itEnd;
++ itEnd;
setInt.erase(itBegin,itEnd);
//此时容器setInt包含按顺序的1,6,9,11四个元素。

删除容器中第一个元素

  • setInt.erase(setInt.begin()); //6,9,11

删除容器中值为9的元素

  • set.erase(9);

删除setInt的所有元素

  • setInt.clear(); //容器为空

set的查找

  • set.find(elem); //查找elem元素,返回指向elem元素的迭代器。
  • set.count(elem); //返回容器中值为elem的元素个数。对set来说,要么是0,要么是1。对multiset来说,值可能大于1。
  • set.lower_bound(elem); //返回第一个>=elem元素的迭代器。
  • set.upper_bound(elem); // 返回第一个>elem元素的迭代器。
  • set.equal_range(elem); //返回容器中与elem相等的上下限的两个迭代器。上限是闭区间,下限是开区间,如[beg,end)。

以上函数返回两个迭代器,而这两个迭代器被封装在pair中。

pair的含义与使用方法

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set<int> setInt;
setInt.insert(3);
setInt.insert(1);
setInt.insert(7);
setInt.insert(5);
setInt.insert(9);

set<int>::iterator itA = setInt.find(5);
int iA = *itA; //iA == 5
int iCount = setInt.count(5); //iCount == 1

set<int>::iterator itB = setInt.lower_bound(5);
set<int>::iterator itC = setInt.upper_bound(5);
int iB = *itB; //iB == 5
int iC = *itC; //iC == 7

pair< set<int>::iterator, set<int>::iterator > pairIt = setInt.equal_range(5); //pair是什么?

pair的使用

  • pair译为对组,可以将两个值视为一个单元。
  • pair<T1,T2>存放的两个值的类型,可以不一样,如T1为int,T2为float。T1,T2也可以是自定义类型。
  • pair.first是pair里面的第一个值,是T1类型。
  • pair.second是pair里面的第二个值,是T2类型。
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set<int> setInt;
... //往setInt容器插入元素1,3,5,7,9
pair< set<int>::iterator , set<int>::iterator > pairIt = setInt.equal_range(5);
set<int>::iterator itBeg = pairIt.first;
set<int>::iterator itEnd = pairIt.second;
//此时 *itBeg==5 而 *itEnd == 7

小结

  • 一、容器set/multiset的使用方法;红黑树的变体,查找效率高,插入不能指定位置,插入时自动排序。
  • 二、functor的使用方法;类似于函数的功能,可用来自定义一些规则,如元素比较规则。
  • 三、pair的使用方法。对组,一个整体的单元,存放两个类型(T1,T2,T1可与T2一样)的两个元素。

案例:

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int x;
scanf("%ld",&x);
//建立一个multiset类型,变量名是h,h序列里面存的是int类型,初始h为空
multiset<int> h;
while(x!=0){
//将x插入h中
h.insert(x);
scanf("%ld",&x);
}

pair< multiset<int>::iterator , multiset<int>::iterator > pairIt = h.equal_range(22);
multiset<int>::iterator itBeg = pairIt.first;
multiset<int>::iterator itEnd = pairIt.second;

int nBeg = *itBeg;
int nEnd = *itEnd;
// 序列非空h.empty()==true时表示h已经空了
while(!h.empty()){
//c指向h序列中第一个元素的地址,第一个元素是最小的元素
multiset<int>::iterator c = h.begin();
//将地址c存的数据输出
printf("%ld ",*c);
//从h序列中将c指向的元素删除
h.erase(c);
}