【 C++ 】unordered_map和unordered_set的介绍和使用

目录

1、unordered系列关联式容器

2、unordered_map

        unordered_map的介绍

        unordered_map的构造方式

        unordered_map的函数接口说明

      unordered_multimap

3、unordered_set

        unordered_set的介绍

        unordered_set的构造方式

        unordered_set的函数接口说明

      unordered_multiset

4、map/set与unordered_map/unordered_set的区别

        set/unordered_set的性能对比

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1、unordered系列关联式容器

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到O(logN) ，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同。下面就开始依次进行讲解。

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2、unordered_map

unordered_map的介绍

• 1、unordered_map是存储键值对的关联式容器，其允许通过keys快速的索引到与其对应的value。
• 2、在unordered_map中，键值通常用于惟一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
• 3、在内部,unordered_map没有对按照任何特定的顺序排序, 为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
• 4、unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
• 5、unordered_maps实现了直接访问操作符(operator[])，它允许使用key作为参数直接访问value。
• 6、它的迭代器至少是前向迭代器。

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unordered_map的构造方式

• 1、构造一个空容器：

unordered_mapint> mp1;

• 2、拷贝构造一个容器：

unordered_mapint> mp2(mp1);

• 3、使用迭代器区间构造一个容器：

unordered_mapint> mp2(mp1.begin(), mp1.end());

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unordered_map的函数接口说明

• 1、unordered_map的容量

函数声明	功能介绍
bool empty() const	检测是否为空
size_t size() const	获取有效元素个数

• 2、unordered_map的迭代器

函数声明	功能介绍
begin	赶回unordered_map第一个元素的迭代器位置
end	返回unordered_map最后一个元素下一个位置的迭代器
cbegin	返回unordered_map第一个元素的const迭代器
cend	返回unordered_map最后一个元素下一个位置的const迭代器

• 3、unordered_map的元素访问

函数声明	功能介绍
operator[ ]	返回与key对应的value，没有一个默认值

注意：针对于[ ]的重载，该函数实际调用哈希桶的插入操作，用参数key与V()构造一个默认值往底层哈希桶中插入，针对插入成功与否，有如下说明：

1. 如果key不在哈希桶中，插入成功，返回V()。
2. 若key已经在哈希桶中，插入失败，将key对应的value返回。

其实和map的[ ]运算符重载的规则没有啥区别。

• 4、unordered_map的查询

函数声明	功能介绍
iterator find(const K& key)	返回key在哈希桶中的位置
size_t count(const K& key)	返回哈希桶中关键码为key的键值对的个数

注意：unordered_map中key是不能重复的，因此count函数的返回值最大为1。

• 5、unordered_map的修改操作

函数声明	功能介绍
insert	向容器中插入键值对
erase	删除容器中的键值对
void clear	清空容器中的有效元素个数
void swap(unordered map&)	交换两个容器中的元素

• 6、unordered_map的桶操作

函数声明	功能介绍
size_t bucket_count() const	返回哈希桶中桶的总个数
size_t bucket_size(size_t n) const	返回n号桶中有效元素的总个数
size_t bucket(const K& key)	返回元素key所在的桶号

示例：

int main()
{
	unordered_map<int, string> mp;
/*insert插入*/
	//1：借助pair构造函数
	pair<int, string> kv(1, "one");
	mp.insert(kv);
	//2：借助pair构造匿名对象插入
	mp.insert(pair<int, string>(2, "two"));
	//3：调用make_pair函数模板插入
	mp.insert(make_pair(3, "three"));
	//4：使用[]运算符重载函数进行插入
	mp[4] = "four";
	//4：使用{}
	mp.insert({ 5, "five" });
/*遍历*/
	//1：迭代器遍历
	unordered_map<int, string>::iterator it = mp.begin();
	while (it != mp.end())
	{
		cout << it->first << ":" << it->second << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;//1:one 2:two 3:three 4:four 5:five
	//2：范围for
	for (auto e : mp)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << " ";
	}
	cout << endl;//1:one 2:two 3:three 4:four 5:five
/*删除*/
	//1：根据key删除
	mp.erase(4);
	//2：根据迭代器位置删除
	unordered_map<int, string>::iterator pos = mp.find(2);
	if (pos != mp.end())
	{
		mp.erase(pos);
	}
	for (auto e : mp)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << " ";
	}
	cout << endl;//1:one 3:three 5:five
/*修改*/
	//1：通过迭代器位置修改
	pos = mp.find(5);
	if (pos != mp.end())
	{
		pos->second = "Ⅴ";
	}
	//2：通过[]修改
	mp[3] = "Ⅲ";
	for (auto e : mp)
	{
		cout << e.first << ":" << e.second << " ";
	}
	cout << endl;//1:one 3:Ⅲ 5:Ⅴ
/*交换*/
	unordered_map<int, string> tmp{ { 2003, "年" }, { 5, "月" }, {7, "日"} };
	mp.swap(tmp);
	for (auto e : mp)
	{
		cout << e.first << e.second << " ";
	}
	cout << endl;//2003年 5月 7日
	return 0;
} 

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unordered_multimap

unordered_multimap和unordered_map的底层都是用哈希表来实现的，所提供的成员函数和unordered_map无显著差异，唯一的区别在于unordered_multimap允许键值冗余，即key值可以是一样的，但是unordered_map不允许。对比如下：

unordered_multimap允许键值冗余，这也就导致其内部的find和count函数和unordered_map中的有所区别，如下：

成员函数count	功能说明
unordered_map对象	值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0
unordered_multimap对象	返回键值为key的元素的个数

成员函数find	功能说明
unordered_map对象	返回值为key的元素的迭代器位置
unordered_multimap对象	返回底层哈希表中的第一个值为key的元素的迭代器

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3、unordered_set

unordered_set的介绍

• 1、unordered_set是不按特定顺序存储键值的关联式容器，其允许通过键值快速的索引到对应的元素。
• 2、在unordered_set中，元素的值同时也是唯一地标识它的key。
• 3、在内部，unordered_set中的元素没有按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到指定的key，unordered_set将相同哈希值的键值放在相同的桶中。
• 4、unordered_set容器通过key访问单个元素要比set快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
• 5、它的迭代器至少是前向迭代器。(单向)

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unordered_set的构造方式

• 1、构造一个空容器

unordered_set<int> s1;

• 2、拷贝构造一个容器

unordered_set<int> s2(s1);

• 3、使用迭代器构造一段区间

string str("CSDN");
unordered_set s3(str.begin(), str.end());

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unordered_set的函数接口说明

成员函数	功能说明
begin	获取容器中第一个元素的正向迭代器
end	获取容器中最后一个元素下一个位置的正向迭代器
insert	插入指定元素
erase	删除指定元素
find	查找指定元素
size	获取容器中元素的个数
clear	清空容器
swap	交换两个容器中的数据
count	获取容器中指定元素值的元素个数

示例：

int main()
{
	unordered_set<int> s;
/*插入*/
	s.insert(1);
	s.insert(-2);
	s.insert(1);
	s.insert(5);
	s.insert(3);
	s.insert(-2);
	s.insert(6);
	s.insert(4);
/*遍历*/
	unordered_set<int>::iterator it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;//1 5 -2 3 6 4
/*删除*/
	//1：根据指定key删除
	s.erase(-2);
	//2：根据迭代器位置删除
	unordered_set<int>::iterator pos = s.find(5);
	if (pos != s.end())
	{
		s.erase(pos);
	}
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;//1 3 6 4
/*交换*/
	unordered_set<int> tmp{ 100,-200,300,250 };
	s.swap(tmp);
	for (auto e : s)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;//100 300 -200 250
	return 0;
}

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unordered_multiset

unordered_multiset和unordered_set的底层都是用哈希表来实现的，所提供的成员函数和unordered_set无显著差异，唯一的区别在于unordered_multiset允许键值冗余，即key值可以是一样的，但是unordered_set不允许。对比如下：

由于unordered_multiset容器允许键值冗余，因此该容器中成员函数find和count的意义与unordered_set容器中的也有所不同：

成员函数count	功能说明
unordered_set对象	值为key的元素存在则返回1，不存在则返回0
unordered_multiset对象	返回键值为key的元素的个数

成员函数find	功能说明
unordered_set对象	返回值为key的元素的迭代器位置
unordered_multiset对象	返回底层哈希表中的第一个值为key的元素的迭代器

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4、map/set与unordered_map/unordered_set的区别

下面将从如下几个角度进行对比：

		unordered_map / unordered_set	map / set
底层数据结构		哈希表/散列表	红黑树
是否有序		无序	有序
查找的效率		O(1)	O(logN)
迭代器类型		单向迭代器	双向迭代器
头文件		#include	#include

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 set/unordered_set的性能对比

因map与unordered_map容器的差别和set与unordered_set容器的差别类似，所以下面我们就以set和unordered_set测试为例，来测试插入、删除、查找的效率

void test_op()
{
	int n = 1000000;
	vector<int> v;
	v.reserve(n);
	srand(time(0));
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
		//v.push_back(i);
		//v.push_back(rand()+i);  // 重复少
		v.push_back(rand());  // 重复多
	}
	/*			插入效率测试			*/
	size_t begin1 = clock();
	set<int> s;
	for (auto e : v)
	{
		s.insert(e);
	}
	size_t end1 = clock();
 
	size_t begin2 = clock();
	unordered_set<int> us;
	for (auto e : v)
	{
		us.insert(e);
	}
	size_t end2 = clock();
	cout << s.size() << endl;
	cout << "set insert:" << end1 - begin1 << endl;
	cout << "unordered_set insert:" << end2 - begin2 << endl;
 
	/*			查找效率测试			*/
	size_t begin3 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.find(e);
	}
	size_t end3 = clock();
 
	size_t begin4 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.find(e);
	}
	size_t end4 = clock();
	cout << "set find:" << end3 - begin3 << endl;
	cout << "unordered_set find:" << end4 - begin4 << endl;
 
	/*			删除效率测试			*/
	size_t begin5 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.erase(e);
	}
	size_t end5 = clock();
 
	size_t begin6 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.erase(e);
	}
	size_t end6 = clock();
	cout << "set erase:" << end5 - begin5 << endl;
	cout << "unordered_set erase:" << end6 - begin6 << endl;
}

总结：当测试数据量较少时，二者差距不大，数据量较大时，用unordered_系列更优。