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1.引言
2.set
3.map
4.共同点
5.不同点
6.高级用法与注意事项
7.总结
1.引言
在C++的标准模板库（STL）中，set和map是两种常用的容器，它们提供了不同的功能和使用场景。尽管它们底层都基于红黑树实现，有许多相似之处，但在具体用途和接口上却有明显的区别。本文将详细探讨set和map的差异，帮助大家在实际编程中更好地选择和使用它们。
2.set
set是一种关联容器，主要用于存储唯一的、已排序的元素。在set中，每个元素都是唯一的，且set会自动根据元素的值进行排序（默认按升序）。试图插入重复元素将被忽略，这是set设计的初衷。确保插入前元素的唯一性，或利用此特性进行去重或排序。set内部实现通常采用红黑树，因此其插入、删除和查找操作的时间复杂度为O(log n)。
#include <set>
#include <iostream>int main() {std::set<int> mySet = {3, 1, 4, 1, 5, 9}; // 自动排序并去重for (int num : mySet) {std::cout << num << " ";}mySet.insert(10); // 成功插入mySet.insert(10); // 重复，不会插入return 0;
}3.map
map也是一种关联容器，但它存储的是键值对（key-value pairs）。在map中，每个键都是唯一的，且map会根据键的值自动排序（默认按升序）。值可以重复。键用于排序和查找，值则存储实际数据。尝试插入已存在的键会导致插入失败，而不是覆盖原有值。若需覆盖，请先检查键是否存在，再决定插入或更新。与set类似，map的内部实现也基于红黑树，因此其插入、删除和查找操作的时间复杂度同样为O(log n)。
#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;#include <string>void TestMap()
{map<string, string> m;// 向map中插入元素的方式：// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用pair直接来构造键值对m.insert(pair<string, string>("peach", "桃子"));// 将键值对<"peach","桃子">插入map中，用make_pair函数来构造键值对m.insert(make_pair("banan", "香蕉"));// 借用operator[]向map中插入元素/*operator[]的原理是：用<key, T()>构造一个键值对，然后调用insert()函数将该键值对插入到map中如果key已经存在，插入失败，insert函数返回该key所在位置的迭代器如果key不存在，插入成功，insert函数返回新插入元素所在位置的迭代器operator[]函数最后将insert返回值键值对中的value返回*/// 将<"apple", "">插入map中，插入成功，返回value的引用，将“苹果”赋值给该引用结果，m["apple"] = "苹果";// key不存在时抛异常//m.at("waterme") = "水蜜桃";cout << m.size() << endl;// 用迭代器去遍历map中的元素，可以得到一个按照key排序的序列for (auto& e : m)cout << e.first << "--->" << e.second << endl; // 遍历键值对cout << endl;// map中的键值对key一定是唯一的，如果key存在将插入失败auto ret = m.insert(make_pair("peach", "桃色"));if (ret.second)cout << "<peach, 桃色>不在map中, 已经插入" << endl;elsecout << "键值为peach的元素已经存在：" << ret.first->first << "--->" <<ret.first->second << " 插入失败" << endl;// 删除key为"apple"的元素m.erase("apple");if (1 == m.count("apple"))cout << "apple还在" << endl;elsecout << "apple被吃了" << endl;
}int main()
{TestMap();return 0;
}4.共同点
- 有序性：
set和map都是有序的容器，它们的元素会根据一定的排序准则（通常是<运算符，但也可以是自定义的比较函数或函数对象）自动排序。 - 唯一性：
set和map中的元素都是唯一的，不允许有重复的元素。 - 自动平衡：它们的底层实现通常基于红黑树（Red-Black Tree），因此插入、删除和查找操作的时间复杂度都是 O(log n)。
5.不同点
- 存储的元素类型：
set存储的是单个元素，每个元素都是唯一的。map存储的是键值对（key-value pairs），其中键（key）是唯一的，但值（value）可以重复。
- 元素访问方式：
set中的元素只能通过迭代器访问，或者通过find方法查找。map中的元素可以通过键（key）直接访问，例如map[key]，或者通过find方法查找。
- 迭代器类型：
set的迭代器指向的是单个元素。map的迭代器指向的是键值对（pair<const Key, T>）。
- 适用场景：
set适用于需要存储唯一元素并且需要排序的场景，比如去重和排序后的集合。map适用于需要存储键值对并且需要根据键进行快速查找、插入和删除的场景，比如字典或缓存。
-
额外功能
1.set：提供如lower_bound和upper_bound等成员函数，方便进行范围查找；
支持一些集合运算，如并集、交集、差集等（通过STL算法库实现）。
2.map：map的键可以是任意类型，只要支持<操作符（或提供自定义比较函数）。
map的值可以是任意类型，甚至是另一个map或set。
6.性能对比
在大多数情况下，set和map的性能是相近的，因为它们的底层实现都是红黑树。然而，由于map需要额外存储键和值，因此在内存占用上可能会比set更高一些。
6.高级用法与注意事项
1. 自定义排序
我们可以通过提供自定义的比较函数或函数对象来改变set和map的默认排序行为。
set:
#include <set>
#include <iostream>
#include <functional>struct MyStruct {int id;std::string name;
};// 自定义比较函数
bool compareMyStruct(const MyStruct& a, const MyStruct& b) {return a.id < b.id;
}int main() {std::set<MyStruct, std::function<bool(const MyStruct&, const MyStruct&)>> mySet(compareMyStruct);mySet.insert({1, "Alice"});mySet.insert({2, "Bob"});mySet.insert({3, "Charlie"});for (const auto& item : mySet) {std::cout << item.id << ": " << item.name << std::endl;}return 0;
}map:
#include <map>
#include <iostream>
#include <string>
#include <functional>// 自定义比较函数
struct CustomCompare {bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {return a > b; // 降序排序}
};int main() {std::map<std::string, int, CustomCompare> myMap;myMap["apple"] = 1;myMap["banana"] = 2;myMap["cherry"] = 3;for (const auto& pair : myMap) {std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;}return 0;
}2.多线程安全
set和map都不是线程安全的，如果在多线程环境中使用，需要手动进行同步。
3.迭代器失效
在set和map中，插入不会使迭代器失效，但删除操作会使指向删除元素的迭代器失效。因此，在进行删除操作时，需要特别注意迭代器的有效性。
7.总结
set和map是C++ STL中两种重要的关联容器，它们各自有不同的特点和适用场景。set主要用于存储唯一且排序的元素，而map则用于存储键值对，并根据键进行排序。尽管它们在底层实现上有许多相似之处，但在接口和使用上却有明显的区别。通过理解这些区别，我们可以更好地选择和使用它们，以满足不同的编程需求。
