STL关联容器
这里简单学习一下STL关联容器,主要是map、multimap、set、multiset以及unordered_map。前四个底层实现都是利用红黑树实现的,查找算法时间复杂度为\(O(log(n))\),而unordered_map从名字上就知道是无序容器,其实现原理类似哈希表,查找算法时间复杂度\(O(1)\)。
set、multiset、map、multimap
set容器是一个存储有序唯一元素的数据结构。不允许有重复元素。其底层实现为红黑树。multiset原理与set相同,不同的是允许有重复元素存在。
map映射是可以用任何类型的数据作为索引的表,不允许有重复元素,其实现原理与set类似,底层都是红黑树。multimap允许有重复元素存在。
template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,typename _Alloc = std::allocator<_Key> >
class set
public:
typedef _Key key_type;
typedef _Key value_type; // 与map不同
typedef _Compare key_compare;
typedef _Compare value_compare;
typedef _Alloc allocator_type;
private:
typedef typename __gnu_cxx::__alloc_traits<_Alloc>::template rebind<_Key>::other _Key_alloc_type;
typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Identity<value_type>, key_compare, _Key_alloc_type> _Rep_type;
_Rep_type _M_t; // Red-black tree representing set. 红黑树
typedef __gnu_cxx::__alloc_traits<_Key_alloc_type> _Alloc_traits;
#if __cplusplus > 201402L
using node_type = typename _Rep_type::node_type;
using insert_return_type = typename _Rep_type::insert_return_type;
#endif
map与set其实现原理类似,不同的是map中每个元素是std::pair对。
template <typename _Key, typename _Tp, typename _Compare = std::less<_Key>,typename _Alloc=std::allocator<std::pair<const _Key, _Tp> > >
class map {
public:
typedef _Key key_type;
typedef _Tp mapped_type;
typedef std::pair<const _Key, _Tp> value_type; // 其值是pair对的形式存储
typedef _Compare key_compare; // RB-tree,需要对元素进行比较
typedef _Alloc allocator_type;
private:
/// This turns a red-black tree into a [multi]map.
typedef typename __gnu_cxx::__alloc_traits<_Alloc>::template rebind<value_type>::other _Pair_alloc_type;
typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Select1st<value_type>, key_compare, _Pair_alloc_type> _Rep_type;
/// The actual tree structure.
_Rep_type _M_t; // 底层实现RB-tree
typedef __gnu_cxx::__alloc_traits<_Pair_alloc_type> _Alloc_traits;
public:
// 重载[]
mapped_type& operator[](const key_type& __k) {
// concept requirements
__glibcxx_function_requires(_DefaultConstructibleConcept<mapped_type>)
iterator __i = lower_bound(__k);
// __i->first is greater than or equivalent to __k.
if (__i == end() || key_comp()(__k, (*__i).first))
#if __cplusplus >= 201103L
__i = _M_t._M_emplace_hint_unique(__i, std::piecewise_construct, std::tuple<const key_type&>(__k),
std::tuple<>());
#else
__i = insert(__i, value_type(__k, mapped_type()));
#endif
return (*__i).second;
}
}
其他具体实现细节这里不再列出,只要懂红黑树的原理,很容易理解。
unordered_map
这个实现与map不同,其底层是哈希表,理解了哈希表就很容易理解unordered_map。
template<class _Key, class _Tp,class _Hash = hash<_Key>,class _Pred = std::equal_to<_Key>,class _Alloc=std::allocator<std::pair<const _Key, _Tp> > >
class unordered_map {
typedef __umap_hashtable<_Key, _Tp, _Hash, _Pred, _Alloc> _Hashtable;
_Hashtable _M_h; // 可以看到底层实现是哈希表
public:
// typedefs:
//@{
/// Public typedefs.
typedef typename _Hashtable::key_type key_type;
typedef typename _Hashtable::value_type value_type;
typedef typename _Hashtable::mapped_type mapped_type;
typedef typename _Hashtable::hasher hasher;
typedef typename _Hashtable::key_equal key_equal;
typedef typename _Hashtable::allocator_type allocator_type;
//@}
#if __cplusplus > 201402L
using node_type = typename _Hashtable::node_type;
using insert_return_type = typename _Hashtable::insert_return_type;
#endif
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