【C++ STL】Set和Multiset

1、结构

　　set和multiset会根据特定的排序原则将元素排序。两者不同之处在于，multisets允许元素重复，而set不允许重复。

　　只要是assignable、copyable、comparable（根据某个排序准则）的型别T，都可以成为set或者multisets的元素。如果没有特别的排序原则，采用默认的less，已operator < 对元素进行比较，以便完成排序。

排序准则必须遵守以下原则：

• 必须是“反对称的”，对operator <而言，如果x < y为真，y<x为假。

• 必须是“可传递的”，对operator <而言，如果x<y为真，y<z为真，那么x<z也为真。

• 必须是“非自反的”，对operator<而言，x<x永远为假。

2、能力

　　和所有的标准关联容器类似，sets和multisets通常以平衡二叉树完成。

　　自动排序的主要优点在于使二叉树搜寻元素具有良好的性能，在其搜索函数算法具有对数复杂度。但是自动排序也造成了一个限制，不能直接改变元素值，因为这样会打乱原有的顺序，要改变元素的值，必须先删除旧元素，再插入新元素。所以sets和multisets具有以下特点：

• 不提供直接用来存取元素的任何操作元素
• 通过迭代器进行元素的存取。

3、操作函数

3.1 构造、拷贝、析构

操作	效果
set c	产生一个空的set/multiset，不含任何元素
set c(op)	以op为排序准则，产生一个空的set/multiset
set c1(c2)	产生某个set/multiset的副本，所有元素都被拷贝
set c(beg,end)	以区间[beg,end)内的所有元素产生一个set/multiset
set c(beg,end, op)	以op为排序准则，区间[beg,end)内的元素产生一个set/multiset
c.~set()	销毁所有元素，释放内存
set<Elem>	产生一个set，以(operator <)为排序准则
set<Elem,0p>	产生一个set，以op为排序准则

3.2 非变动性操作

操作	效果
c.size()	返回当前的元素数量
c.empty ()	判断大小是否为零，等同于0 == size()，效率更高
c.max_size()	返回能容纳的元素最大数量
c1 == c2	判断c1是否等于c2
c1 != c2	判断c1是否不等于c2(等同于!(c1==c2))
c1 < c2	判断c1是否小于c2
c1 > c2	判断c1是否大于c2
c1 <= c2	判断c1是否小于等于c2(等同于!(c2<c1))
c1 >= c2	判断c1是否大于等于c2 (等同于!(c1<c2))

3.3 特殊的搜寻函数

　　sets和multisets在元素快速搜寻方面做了优化设计，提供了特殊的搜寻函数，所以应优先使用这些搜寻函数，可获得对数复杂度，而非STL的线性复杂度。比如在1000个元素搜寻，对数复杂度平均十次，而线性复杂度平均需要500次。

操作	效果
count (elem)	返回元素值为elem的个数
find(elem)	返回元素值为elem的第一个元素，如果没有返回end()
lower _bound(elem)	返回元素值为elem的第一个可安插位置，也就是元素值 >= elem的第一个元素位置
upper _bound (elem)	返回元素值为elem的最后一个可安插位置，也就是元素值 > elem 的第一个元素位置
equal_range (elem)	返回elem可安插的第一个位置和最后一个位置，也就是元素值==elem的区间

3.4 赋值

操作	效果
c1 = c2	将c2的元素全部给c1
c1.swap(c2)	将c1和c2 的元素互换
swap(c1,c2)	同上，全局函数

3.5 迭代器相关函数

　　sets和multisets的迭代器是双向迭代器，对迭代器操作而言，所有的元素都被视为常数，可以确保你不会人为改变元素值，从而打乱既定顺序，所以无法调用变动性算法，如remove()。

操作	效果
c.begin()	返回一个随机存取迭代器，指向第一个元素
c.end()	返回一个随机存取迭代器，指向最后一个元素的下一个位置
c.rbegin()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的第一个元素
c.rend()	返回一个逆向迭代器，指向逆向迭代的最后一个元素的下一个位置

3.6 安插和删除元素

　　必须保证参数有效,迭代器必须指向有效位置，序列起点不能位于终点之后，不能从空容器删除元素。

操作	效果
c.insert(elem)	插入一个elem副本，返回新元素位置，无论插入成功与否。
c.insert(pos, elem)	安插一个elem元素副本，返回新元素位置，pos为收索起点，提升插入速度。
c.insert(beg,end)	将区间[beg,end)所有的元素安插到c，无返回值。
c.erase(elem)	删除与elem相等的所有元素，返回被移除的元素个数。
c.erase(pos)	移除迭代器pos所指位置元素，无返回值。
c.erase(beg,end)	移除区间[beg,end)所有元素，无返回值。
c.clear()	移除所有元素，将容器清空

4、示例代码

4.1 set

// cont/set1.cpp

    #include <iostream>
    #include <set>
    using namespace std;

    int main()
    {

       /*type of the collection:
        *-no duplicates
        *-elements are integral values
        *-descending order
        */
       typedef set<int,greater<int> > IntSet;

       IntSet coll1;         // empty set container

       //insert elements in random order
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();

       //iterate over all elements and print them
       IntSet::iterator pos;
       for (pos = coll1.begin(); pos != coll1.end(); ++pos) {
           cout << *pos << ' ';
       }
       cout << endl;

       //insert 4 again and process return value
       pair<IntSet::iterator,bool> status = coll1.insert();
       if (status.second) {
           cout << "4 inserted as element "
                << distance (coll1.begin(),status. first) +
                << endl;
       }
       else {
           cout << "4 already exists" << endl;
       }

       //assign elements to another set with ascending order
       set<int> coll2(coll1.begin(),
                      coll1.end());

       //print all elements of the copy
       copy (coll2.begin(), coll2.end(),
             ostream_iterator<int>(cout," "));
       cout << endl;

       //remove all elements up to element with value 3
       coll2.erase (coll2.begin(), coll2.find());

       //remove all elements with value 5
       int num;
       num = coll2.erase ();
       cout << num << " element(s) removed" << endl;

       //print all elements
       copy (coll2.begin(), coll2.end(),
             ostream_iterator<int>(cout," "));
       cout << endl;
    }

输出：

    already exists

    element(s) removed
     

4.2 multiset

 // cont/mset1.cpp

   #include <iostream>
   #include <set>
   using namespace std;

   int main()
   {

       /*type of the collection:
        *-duplicates allowed
        *-elements are integral values
        *-descending order
        */
       typedef multiset<int,greater<int> > IntSet;

       IntSet coll1,        // empty multiset container

       //insert elements in random order
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert(l);
       coll1.insert();
       coll1.insert();
       coll1.insert();

       //iterate over all elements and print them
       IntSet::iterator pos;
       for (pos = coll1.begin(); pos != coll1.end(); ++pos) {
           cout << *pos << ' ';
       }
       cout << endl;

       //insert 4 again and process return value
       IntSet::iterator ipos = coll1.insert();
       cout << "4 inserted as element "
            << distance (coll1.begin(),ipos) +
            << endl;

       //assign elements to another multiset with ascending order
       multiset<int> coll2(coll1.begin(),
                              coll1.end());

       //print all elements of the copy
       copy (coll2.begin(), coll2.end(),
             ostream_iterator<int>(cout," "));
       cout << endl;

       //remove all elements up to element with value 3
       coll2.erase (coll2.begin(), coll2.find());

       //remove all elements with value 5
       int num;
       num = coll2.erase ();
       cout << num << " element(s) removed" << endl;

       //print all elements
       copy (coll2.begin(), coll2.end(),
             ostream_iterator<int>(cout," "));
       cout << endl;
   }

输出：

 inserted as element 

 element(s) removed