C++ std::map使用详解

什么是std::map

std::map 是C++标准库中提供的一个关联容器，它提供了一种将键和值进行映射的功能。std::map 中的键是唯一的，而值可以重复。std::map 内部使用红黑树（red-black tree）实现，所以它的插入、删除和查找操作的时间复杂度都是O(log n)。

在使用 std::map 之前，需要包含头文件 <map>。

使用std::map

定义和初始化

可以通过以下方式定义一个 std::map 对象：

std::map<Key, Value> myMap;

其中，Key 是键的类型，Value 是值的类型。例如，如果我们要创建一个 std::map ，其中的键是 int 类型，值是 std::string 类型，可以这样定义：

std::map<int, std::string> myMap;

插入元素

使用 insert() 函数可以向 std::map 中插入键值对。示例代码如下：

myMap.insert(std::pair<int, std::string>(1, "Apple"));

以上代码将一个键为 1 ，值为 “Apple” 的键值对插入到 std::map 中。也可以使用 [] 运算符插入元素：

myMap[2] = "Banana";

使用 [] 运算符时，如果 std::map 中已经存在相同的键，则会将原有键值对替换为新的键值对。

访问元素

可以使用 [] 运算符或 at() 函数来访问 std::map 中的元素。例如，要访问键为 1 的值，可以使用以下代码：

std::string value = myMap[1];

或者使用 at() 函数：

std::string value = myMap.at(1);

使用 [] 运算符访问不存在的键会导致该键被添加到 std::map 中，并将值初始化为默认值。而使用 at() 函数访问不存在的键会抛出 std::out_of_range 异常。

删除元素

使用 erase() 函数可以删除 std::map 中的元素。示例代码如下：

myMap.erase(1);

以上代码将键为 1 的键值对从 std::map 中删除。也可以使用迭代器来删除元素：

std::map<int, std::string>::iterator it = myMap.find(2);
if (it != myMap.end()) {
    myMap.erase(it);
}

使用 find() 函数来查找指定键的迭代器，如果找到则删除。

遍历元素

可以使用迭代器来遍历 std::map 中的元素。以下是一个示例代码：

for (std::map<int, std::string>::iterator it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {
    std::cout << "Key: " << it->first << ", Value: " << it->second << std::endl;
}

以上代码会依次输出 std::map 中的每个键值对。

std::map的排序

std::map 默认按照键的升序进行排序。如果需要按照其他方式进行排序，可以自定义排序规则。以下是一个根据值降序排序的示例代码：

struct CompareByValue {
    bool operator()(const std::pair<int, std::string>& left, const std::pair<int, std::string>& right) {
        return left.second > right.second;
    }
};

std::map<int, std::string, CompareByValue> myMap;

在上述代码中，CompareByValue 是一个自定义的比较函数对象，用于指定排序规则。std::map 的第三个模板参数为比较函数对象。

查找元素

可以使用 count() 函数或 find() 函数来查找元素。例如，要检查 std::map 中是否存在键为 1 的元素，可以使用以下代码：

if (myMap.count(1) != 0) {
    std::cout << "Key 1 exists!" << std::endl;
}

使用 count() 函数返回指定键的数量，如果存在则返回1，否则返回0。find() 函数返回指向指定元素的迭代器，如果找不到则返回 end()。

示例代码

以下是一个完整的示例代码，演示了 std::map 的基本使用方法：

#include <iostream>
#include <map>

int main() {
    std::map<int, std::string> myMap;

    myMap.insert(std::pair<int, std::string>(1, "Apple"));
    myMap[2] = "Banana";
    myMap.insert(std::make_pair(3, "Carrot"));

    std::cout << "Map size: " << myMap.size() << std::endl;

    std::map<int, std::string>::iterator it = myMap.find(2);
    if (it != myMap.end()) {
        myMap.erase(it);
    }

    // 遍历元素
    for (std::map<int, std::string>::iterator it = myMap.begin(); it != myMap.end(); ++it) {
        std::cout << "Key: " << it->first << ", Value: " << it->second << std::endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

Map size: 3
Key: 1, Value: Apple
Key: 3, Value: Carrot

以上示例代码中，首先创建了一个 std::map 对象 myMap，然后向其中插入了三个键值对。接着使用 find() 函数找到键为 2 的元素，并将其删除。最后使用迭代器遍历 std::map 中的元素，并输出每个键值对的键和值。

总结

std::map 是一个非常强大的关联容器，提供了键值对的映射功能，并且内部使用红黑树实现，具有较好的性能。使用 std::map 可以方便地进行插入、删除、查找和遍历操作。同时，还可以自定义排序规则来满足不同的需求。在实际项目中，合理使用 std::map 可以提高代码的可读性和性能。