C++STL(七) ：unordered_set、unordered_map的介绍及使用

C++STL(七) ：unordered_set、unordered_map的介绍及使用

unordered_set的介绍

1. 唯一性
   • 类似 set，所有元素唯一（不允许重复键值）
   • 插入重复元素时，操作会被忽略（可通过返回值判断是否成功）
2. 无序性
   • 元素顺序由哈希函数决定，遍历时无法预测顺序
   • 与 set（基于红黑树的有序容器）形成对比
3. 哈希表实现
   • 底层通过哈希表存储元素，支持平均 O(1) 时间复杂度的插入、删除和查找操作
   • 最坏情况下（如哈希冲突严重）时间复杂度退化为 O(n)
4. 动态调整
   • 哈希表的桶（bucket）数量会根据元素数量动态扩展/收缩，以平衡性能与内存占用

unordered_set的使用

unordered_set的定义方式

• 方式一： 构造一个某类型的空容器

unordered_set<int> us1; //构造int类型的空容器

• 方式二： 拷贝构造某同类型容器的复制品

unordered_set<int> us2(us1); //拷贝构造同类型容器us1的复制品

• 方式三： 使用迭代器拷贝构造某一段内容

string str("abcedf");
unordered_set<char> us3(str.begin(), str.end()); //构造string对象某段区间的复制品

unordered_set接口的使用

成员函数	功能
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
empty()	判断容器是否为空
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

使用示例：

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main()
{unordered_set<int> us;//插入元素（去重）us.insert(1);us.insert(4);us.insert(3);us.insert(3);us.insert(2);us.insert(2);us.insert(3);//遍历容器方式一（范围for）for (auto e : us){cout << e << " ";}cout << endl; //1 4 3 2//删除元素方式一us.erase(3);//删除元素方式二unordered_set<int>::iterator pos = us.find(1); //查找值为1的元素if (pos != us.end()){us.erase(pos);}//遍历容器方式二（迭代器遍历）unordered_set<int>::iterator it = us.begin();while (it != us.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl; //4 2//容器中值为2的元素个数cout << us.count(2) << endl; //1//容器大小cout << us.size() << endl; //2//清空容器us.clear();//容器判空cout << us.empty() << endl; //1//交换两个容器的数据unordered_set<int> tmp{ 11, 22, 33, 44 };us.swap(tmp);for (auto e : us){cout << e << " ";}cout << endl; //11 22 33 44return 0;
}

unordered_set的适用场景

1. 快速查找/去重
   • 需要频繁检查元素是否存在（如缓存、黑名单过滤）
   • 数据量大时，性能优于 set（哈希表 vs 红黑树）
2. 不依赖顺序的场景
   • 例如统计唯一单词数、记录用户ID等
3. 避免使用的情况
   • 需要有序遍历元素时，使用 set 或 map
   • 哈希冲突频繁时，性能可能下降

unordered_multiset

unordered_multiset容器与unordered_set容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们所提供的成员函数的接口都是基本一致的，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multiset容器允许键值冗余，即unordered_multiset容器当中存储的元素是可以重复的

#include <iostream>
#include <unordered_set>
using namespace std;int main()
{unordered_multiset<int> ums;//插入元素（允许重复）ums.insert(1);ums.insert(4);ums.insert(3);ums.insert(3);ums.insert(2);ums.insert(2);ums.insert(3);for (auto e : ums){cout << e << " ";}cout << endl; //1 4 3 3 3 2 2return 0;
}

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find	功能
unordered_set容器	返回键值为val的元素的迭代器
unordered_multiset容器	返回底层哈希表中第一个找到的键值为val的元素的迭代器

成员函数count	功能
unordered_set容器	键值为val的元素存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可替代）
unordered_multiset容器	返回键值为val的元素个数（find成员函数不可替代）

unordered_map的介绍

1. 键唯一性
   • 所有键（key）唯一，重复插入同一键时会覆盖原有值
   • 类似 map，但 unordered_multimap 允许键重复
2. 无序性
   • 元素顺序由哈希函数决定，遍历时无法预测顺序
   • 与 map（按键排序）形成对比
3. 哈希表实现
   • 底层通过哈希表存储键值对，支持平均 O(1) 时间复杂度的插入、删除和查找操作
   • 最坏情况下（哈希冲突严重）时间复杂度退化为 O(n)
4. 动态调整
   • 哈希表的桶（bucket）数量会根据元素数量动态扩展/收缩，优化性能与内存占用

unordered_map的使用

unordered_map的定义方式

• 方式一： 指定key和value的类型构造一个空容器

unordered_map<int, double> um1; //构造一个key为int类型，value为double类型的空容器

• 方式二： 拷贝构造某同类型容器的复制品

unordered_map<int, double> um2(um1); //拷贝构造同类型容器um1的复制品

• 方式三： 使用迭代器拷贝构造某一段内容

unordered_map<int, double> um3(um2.begin(), um2.end()); //使用迭代器拷贝构造um2容器某段区间的复制品

unordered_map接口的使用

成员函数	功能
insert	插入键值对
erase	删除指定key值的键值对
find	查找指定key值的键值对
size	获取容器中元素的个数
empty	判断容器是否为空
clear	清空容器
swap	交换两个容器中的数据
count	获取容器中指定key值的元素个数

除了上述的成员函数之外，unordered_map容器当中还实现了[ ]运算符重载函数，该重载函数的功能非常强大：[key]

若当前容器中已有键值为key的键值对，则返回该键值对value的引用
若当前容器中没有键值为key的键值对，则先插入键值对<key, value()>，然后再返回该键值对中value的引用

使用示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main()
{unordered_map<int, string> um;//插入键值对方式一：构造匿名对象插入um.insert(pair<int, string>(1, "one"));um.insert(pair<int, string>(2, "two"));um.insert(pair<int, string>(3, "three"));//遍历方式一：范围forfor (auto e : um){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //1->one 2->two 3->three//插入键值对方式二：调用make_pair函数模板插入um.insert(make_pair(4, "four"));um.insert(make_pair(5, "five"));um.insert(make_pair(6, "six"));//遍历方式二：迭代器遍历unordered_map<int, string>::iterator it = um.begin();while (it != um.end()){cout << it->first << "->" << it->second << " ";it++;}cout << endl; //1->one 2->two 3->three 4->four 5->five 6->six//插入键值对方式三：利用[]运算符重载函数进行插入（常用）um[7] = "seven";um[8] = "eight";um[9] = "nine";for (auto e : um){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //9->nine 1->one 2->two 3->three 4->four 5->five 6->six 7->seven 8->eight//删除键值对方式一：根据key值删除um.erase(5);//删除键值对方式二：根据迭代器删除unordered_map<int, string>::iterator pos = um.find(7); //查找键值为7的键值对if (pos != um.end()){um.erase(pos);}for (auto e : um){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //9->nine 1->one 2->two 3->three 4->four 6->six 8->eight//修改键值对方式一：通过find获得迭代器，通过迭代器修改pos = um.find(1);if (pos != um.end()){pos->second = "one/first";}//修改键值对方式二：利用[]运算符重载函数进行修改（常用）um[2] = "two/second";for (auto e : um){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //9->nine 1->one/first 2->two/second 3->three 4->four 6->six 8->eight//容器中key值为3的键值对的个数cout << um.count(3) << endl;//容器的大小cout << um.size() << endl;//清空容器um.clear();//容器判空cout << um.empty() << endl;//交换两个容器的数据unordered_map<int, string> tmp{ { 2021, "before" }, { 2022, "now" } };um.swap(tmp);for (auto e : um){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //2021->before 2022->nowreturn 0;
}

unordered_map的适用场景

1. 快速键值查找
   • 高频查询操作（如缓存、字典、配置项读取）
2. 去重统计
   • 统计唯一键出现的次数或关联值
3. 避免使用的情况
   • 需要按键顺序遍历时，使用 map
   • 哈希冲突频繁导致性能下降时，需优化哈希函数或改用 map

unordered_multimap

unordered_multimap容器与unordered_map容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们所提供的成员函数的接口都是基本一致的，这里就不再列举了，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multimap容器允许键值冗余，即unordered_multimap容器当中存储的键值对的key值是可以重复的

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
using namespace std;int main()
{unordered_multimap<int, string> umm;//插入键值对（允许键值重复）umm.insert(make_pair(2022, "吃饭"));umm.insert(make_pair(2022, "睡觉"));umm.insert(make_pair(2022, "敲代码"));for (auto e : umm){cout << e.first << "->" << e.second << " ";}cout << endl; //2022->吃饭 2022->睡觉 2022->敲代码return 0;
}

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

成员函数find	功能
unordered_map容器	返回键值为key的键值对的迭代器
unordered_multimap容器	返回底层哈希表中第一个找到的键值为key的键值对的迭代器

成员函数count	功能
unordered_map容器	键值为key的键值对存在则返回1，不存在则返回0（find成员函数可替代）
unordered_multimap容器	返回键值为key的键值对的个数（find成员函数不可替代）

其次，由于unordered_multimap容器允许键值对的键值冗余，调用[ ]运算符重载函数时，应该返回键值为key的哪一个键值对的value的引用存在歧义，因此在unordered_multimap容器当中没有实现[ ]运算符重载函数