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c++数据结构10——map结构详解

web 2025/7/17 15:17:02

一、引言：为什么需要map？

考虑这样一个问题：在一段文本中统计每个单词出现的次数，并找出出现次数最多的单词。例如输入：

red apple ,red apple,i love red

期望输出：red 3

传统数组无法解决这个问题，因为：

数组索引只能是整数，不能是字符串
文本中的单词数量不确定
需要动态存储键值对

map容器正是为解决这类问题而设计的关联容器，它提供了高效的键值对存储和检索能力。

二、map基本概念

1.核心特点

键值对存储：每个元素包含一个键(key)和一个值(value)
自动排序：元素根据key自动升序排列
唯一键：每个key在map中唯一
高效操作：查找、插入、删除时间复杂度为O(log n)

2.底层实现

map基于红黑树（自平衡二叉查找树）实现，这使得它能够：

保持元素有序
提供高效的查找操作
动态调整树结构保持平衡

三、map的定义与基本操作

1.头文件与定义

#include <map>  // 必须包含的头文件// 定义map的基本语法
map<key类型, value类型> 映射名称;// 示例：字符串到整数的映射
map<string, int> wordCount;

2.三种插入元素方式

下标操作符[]

wordCount["apple"] = 3;  // 插入键"apple"，值3

2.insert()函数

wordCount.insert(make_pair("banana", 5));  // 使用make_pair创建键值对

3.value_type

wordCount.insert(map<string, int>::value_type("orange", 2));
注意：使用insert插入已存在的键不会覆盖原值，而使用[]会覆盖原值

3.访问与遍历map元素

1. 下标访问

 cout << wordCount["apple"];  // 输出3
 注意 ：使用不存在的键访问会自动创建该键，值为0

2. 迭代器遍历

for(map<string, int>::iterator it = wordCount.begin(); it != wordCount.end(); it++) {cout << it->first << ": " << it->second << endl;  // first是键，second是值
}

3. C++11范围for循环

for(auto& pair : wordCount) {cout << pair.first << ": " << pair.second << endl;
}

四、常用成员函数

函数	功能	示例	时间复杂度
`find(key)`	查找指定键	`auto it = m.find("apple");`	O(log n)
`count(key)`	统计键出现次数	`if(m.count("apple") > 0) {...}`	O(log n)
`size()`	返回元素数量	`int num = m.size();`	O(1)
`empty()`	判断是否为空	`if(m.empty()) {...}`	O(1)
`erase(key)`	删除指定键	`m.erase("apple");`	O(log n)
`clear()`	清空map	`m.clear();`	O(n)

五、应用实例：统计单词频率

问题描述

输入一段文本，统计每个单词的出现频率，输出出现次数最多的单词及其次数

输入样例

Can a can can a can? It can!

输出结果

can 5

解题思路

分割文本为单词
统一转换为小写
使用map统计每个单词出现次数
遍历map找到最大频率的单词

完整代码

#include <iostream>
#include <map>
#include <cctype> // 用于tolower()
using namespace std;// 处理单词：转换为小写并移除非字母字符
string processWord(string word) {string result = "";for(char c : word) {if(isalpha(c)) { // 只保留字母result += tolower(c); // 转换为小写}}return result;
}int main() {map<string, int> wordCount;string word;while(cin >> word) { // 逐个读取单词string processed = processWord(word);if(!processed.empty()) { // 忽略空单词wordCount[processed]++; // 计数增加}}// 找出出现次数最多的单词string mostFrequent;int maxCount = 0;for(auto& pair : wordCount) {if(pair.second > maxCount || (pair.second == maxCount && pair.first < mostFrequent)) {mostFrequent = pair.first;maxCount = pair.second;}}cout << mostFrequent << " " << maxCount << endl;return 0;
}