map、unordered_map、set 和 unordered_set的小介紹

1. map

• 簡介：

  map 是 C++ STL 中的關聯容器，儲存鍵值對（key-value pair），所有元素按 鍵值升序（或自定義排序）儲存。

• 主要特性：

  1. 底層實現：使用 紅黑樹 實現，提供了自動排序功能。

  2. 元素有序：插入元素後，按鍵值排序。

  3. 時間複雜度：插入、刪除、查詢：O(logn)（因為樹的深度為 O(logn) ）。

  4. 記憶體佔用：較小（相比 unordered_map，紅黑樹的實現比雜湊表節省記憶體）。

  5. 迭代器：提供雙向迭代器，支援正向和反向遍歷。

• 常見用法：

  • 儲存有序鍵值對。

  • 查詢某個範圍內的鍵值。

• 舉一個例子

  #include <map>
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main() {
      map<int, string> m;
      m[3] = "C";
      m[1] = "A";
      m[2] = "B";
  
      // 遍歷輸出
      cout << "map contents:\n";
      for (auto it : m) {
          cout << it.first << ": " << it.second << endl;
      }
  
      // 查詢
      auto it = m.find(2); // 返回指向鍵為2的迭代器
      if (it != m.end()) {
          cout << "Found key 2: " << it->second << endl;
      }
  }
  

  輸出如下：

  

2. unordered_map

• 簡介：

  unordered_map 是 C++ STL 中的無序關聯容器，用於儲存鍵值對。其底層實現是 雜湊表。

• 主要特性：

  1. 底層實現：

  2. 使用雜湊表，元素儲存位置基於鍵的雜湊值。

  3. 元素無序：元素儲存順序與插入順序、鍵值大小無關。

  4. 時間複雜度：插入、刪除、查詢：平均 O(1)，最壞 𝑂(𝑛)（當發生雜湊衝突時）。

  5. 記憶體佔用：較大（因為雜湊表需要額外的儲存空間）。

  6. 迭代器：提供單向迭代器，不支援反向遍歷。

• 常見用法：

  • 快速查詢鍵值對。

  • 當資料無序性無關緊要時使用。

• 舉一個例子

  #include <unordered_map>
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main() {
      unordered_map<string, int> umap;
      umap["apple"] = 5;
      umap["banana"] = 2;
      umap["cherry"] = 7;
  
      // 遍歷輸出
      cout << "unordered_map contents:\n";
      for (auto it : umap) {
          cout << it.first << ": " << it.second << endl;
      }
  
      // 查詢
      if (umap.find("banana") != umap.end()) {
          cout << "Found banana with count: " << umap["banana"] << endl;
      }
  }
  

  輸出如下：

  

3. set

• 簡介：

  set 是一種有序集合，儲存 唯一元素，並按 升序（或自定義排序） 排列。

• 主要特性：

  1. 底層實現：使用紅黑樹。

  2. 元素有序：元素按順序儲存，支援範圍查詢。

  3. 時間複雜度：插入、刪除、查詢：O(logn)。

  4. 迭代器：提供雙向迭代器，支援正向和反向遍歷。

• 常見用法：

  • 儲存需要唯一的有序集合。

  • 執行區間查詢。

• 舉一個例子

  #include <set>
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main() {
      set<int> s = {3, 1, 4, 1, 5}; // 重複的1會被自動去除
      s.insert(2);
  
      // 遍歷輸出
      cout << "set contents:\n";
      for (auto it : s) {
          cout << it << " ";
      }
  
      // 查詢
      if (s.find(4) != s.end()) {
          cout << "\nFound 4 in set.";
      }
  }
  

  輸出如下：

  

4. unordered_set

• 簡介：
  unordered_set 是一種無序集合，儲存 唯一元素，其底層實現是雜湊表。

• 主要特性：

  1. 底層實現：使用雜湊表。

  2. 元素無序：元素儲存位置與插入順序無關。

  3. 時間複雜度：插入、刪除、查詢：平均 O(1)，最壞 O(n)。

  4. 迭代器：提供單向迭代器，不支援反向遍歷。

• 常見用法：

  • 儲存需要唯一的無序集合。

  • 僅關心元素的存在性或快速查詢。

• 舉一個例子

  #include <unordered_set>
  #include <iostream>
  using namespace std;
  
  int main() {
      unordered_set<int> uset = {3, 1, 4, 1, 5};
      uset.insert(2);
  
      // 遍歷輸出
      cout << "unordered_set contents:\n";
      for (auto it : uset) {
          cout << it << " ";
      }
  
      // 查詢
      if (uset.find(4) != uset.end()) {
          cout << "\nFound 4 in unordered_set.";
      }
  }
  

  輸出如下：