C++ STL set容器完全攻略(超级详细)

前面章节讲解了 map 容器和 multimap 容器的用法,类似地,C++ STL 标准库中还提供有 set 和 multiset 这 2 个容器,它们也属于关联式容器。不过,本节先讲解 set 容器,后续章节再讲解 multiset 容器。

和 map、multimap 容器不同,使用 set 容器存储的各个键值对,要求键 key 和值 value 必须相等。

举个例子,如下有 2 组键值对数据:

{<'a', 1>, <'b', 2>, <'c', 3>}
{<'a', 'a'>, <'b', 'b'>, <'c', 'c'>}

显然,第一组数据中各键值对的键和值不相等,而第二组中各键值对的键和值对应相等。对于 set 容器来说,只能存储第 2 组键值对,而无法存储第一组键值对。

基于 set 容器的这种特性,当使用 set 容器存储键值对时,只需要为其提供各键值对中的 value 值(也就是 key 的值)即可。仍以存储上面第 2 组键值对为例,只需要为 set 容器提供 {'a','b','c'} ,该容器即可成功将它们存储起来。

通过前面的学习我们知道,map、multimap 容器都会自行根据键的大小对存储的键值对进行排序,set 容器也会如此,只不过 set 容器中各键值对的键 key 和值 value 是相等的,根据 key 排序,也就等价为根据 value 排序。

另外,使用 set 容器存储的各个元素的值必须各不相同。更重要的是,从语法上讲 set 容器并没有强制对存储元素的类型做 const 修饰,即 set 容器中存储的元素的值是可以修改的。但是,C++ 标准为了防止用户修改容器中元素的值,对所有可能会实现此操作的行为做了限制,使得在正常情况下,用户是无法做到修改 set 容器中元素的值的。

对于初学者来说,切勿尝试直接修改 set 容器中已存储元素的值,这很有可能破坏 set 容器中元素的有序性,最正确的修改 set 容器中元素值的做法是:先删除该元素,然后再添加一个修改后的元素。

值得一提的是,set 容器定义于<set>头文件,并位于 std 命名空间中。因此如果想在程序中使用 set 容器,该程序代码应先包含如下语句:
#include <set>
using namespace std;
注意,第二行代码不是必需的,如果不用,则后续程序中在使用 set 容器时,需手动注明 std 命名空间(强烈建议初学者使用)。

set 容器的类模板定义如下:
template < class T,                        // 键 key 和值 value 的类型
           class Compare = less<T>,        // 指定 set 容器内部的排序规则
           class Alloc = allocator<T>      // 指定分配器对象的类型
           > class set;
注意,由于 set 容器存储的各个键值对,其键和值完全相同,也就意味着它们的类型相同,因此 set 容器类模板的定义中,仅有第 1 个参数用于设定存储数据的类型。

对于 set 类模板中的 3 个参数,后 2 个参数自带默认值,且几乎所有场景中只需使用前 2 个参数,第 3 个参数不会用到。

创建C++ set容器的几种方法

常见的创建 set 容器的方法,大致有以下 5 种。

1) 调用默认构造函数,创建空的 set 容器。比如:
std::set<std::string> myset;

如果程序中已经默认指定了 std 命令空间,这里可以省略 std::。

由此就创建好了一个 set 容器,该容器采用默认的std::less<T>规则,会对存储的 string 类型元素做升序排序。注意,由于 set 容器支持随时向内部添加新的元素,因此创建空 set 容器的方法是经常使用的。

2) 除此之外,set 类模板还支持在创建 set 容器的同时,对其进行初始化。例如:
std::set<std::string> myset{"http://c.biancheng.net/java/",
                            "http://c.biancheng.net/stl/",
                            "http://c.biancheng.net/python/"};
由此即创建好了包含 3 个 string 元素的 myset 容器。由于其采用默认的 std::less<T> 规则,因此其内部存储 string 元素的顺序如下所示:

"http://c.biancheng.net/java/"
"http://c.biancheng.net/python/"
"http://c.biancheng.net/stl/"


3) set 类模板中还提供了拷贝(复制)构造函数,可以实现在创建新 set 容器的同时,将已有 set 容器中存储的所有元素全部复制到新 set 容器中。

例如,在第 2 种方式创建的 myset 容器的基础上,执行如下代码:
std::set<std::string> copyset(myset);
//等同于
//std::set<std::string> copyset = myset
该行代码在创建 copyset 容器的基础上,还会将 myset 容器中存储的所有元素,全部复制给 copyset 容器一份。

另外,C++ 11 标准还为 set 类模板新增了移动构造函数,其功能是实现创建新 set 容器的同时,利用临时的 set 容器为其初始化。比如:
set<string> retSet() {
    std::set<std::string> myset{ "http://c.biancheng.net/java/",
                            "http://c.biancheng.net/stl/",
                            "http://c.biancheng.net/python/" };
    return myset;
}
std::set<std::string> copyset(retSet());
//或者
//std::set<std::string> copyset = retSet();

注意,由于 retSet() 函数的返回值是一个临时 set 容器,因此在初始化 copyset 容器时,其内部调用的是 set 类模板中的移动构造函数,而非拷贝构造函数。

显然,无论是调用复制构造函数还是调用拷贝构造函数,都必须保证这 2 个容器的类型完全一致。


4) 在第 3 种方式的基础上,set 类模板还支持取已有 set 容器中的部分元素,来初始化新 set 容器。例如:
std::set<std::string> myset{ "http://c.biancheng.net/java/",
                    "http://c.biancheng.net/stl/",
                    "http://c.biancheng.net/python/" };
std::set<std::string> copyset(++myset.begin(), myset.end());
由此初始化的 copyset 容器,其内部仅存有如下 2 个 string 字符串:

"http://c.biancheng.net/python/"
"http://c.biancheng.net/stl/"


5) 以上几种方式创建的 set 容器,都采用了默认的std::less<T>规则。其实,借助 set 类模板定义中第 2 个参数,我们完全可以手动修改 set 容器中的排序规则。比如:
std::set<std::string,std::greater<string> > myset{
    "http://c.biancheng.net/java/",
    "http://c.biancheng.net/stl/",
    "http://c.biancheng.net/python/"};
通过选用 std::greater<string> 降序规则,myset 容器中元素的存储顺序为:

"http://c.biancheng.net/stl/"
"http://c.biancheng.net/python/"
"http://c.biancheng.net/java/"

C++ STL set容器包含的成员方法

表 1 列出了 set 容器提供的常用成员方法以及各自的功能。

表 1 C++ set 容器常用成员方法
成员方法 功能
begin() 返回指向容器中第一个(注意,是已排好序的第一个)元素的双向迭代器。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
end() 返回指向容器最后一个元素(注意,是已排好序的最后一个)所在位置后一个位置的双向迭代器,通常和 begin() 结合使用。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
rbegin() 返回指向最后一个(注意,是已排好序的最后一个)元素的反向双向迭代器。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的反向双向迭代器。
rend() 返回指向第一个(注意,是已排好序的第一个)元素所在位置前一个位置的反向双向迭代器。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的反向双向迭代器。
cbegin() 和 begin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改容器内存储的元素值。
cend() 和 end() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改容器内存储的元素值。
crbegin() 和 rbegin() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改容器内存储的元素值。
crend() 和 rend() 功能相同,只不过在其基础上,增加了 const 属性,不能用于修改容器内存储的元素值。
find(val) 在 set 容器中查找值为 val 的元素,如果成功找到,则返回指向该元素的双向迭代器;反之,则返回和 end() 方法一样的迭代器。另外,如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
lower_bound(val) 返回一个指向当前 set 容器中第一个大于或等于 val 的元素的双向迭代器。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
upper_bound(val) 返回一个指向当前 set 容器中第一个大于 val 的元素的迭代器。如果 set 容器用 const 限定,则该方法返回的是 const 类型的双向迭代器。
equal_range(val) 该方法返回一个 pair 对象(包含 2 个双向迭代器),其中 pair.first 和 lower_bound() 方法的返回值等价,pair.second 和 upper_bound() 方法的返回值等价。也就是说,该方法将返回一个范围,该范围中包含的值为 val 的元素(set 容器中各个元素是唯一的,因此该范围最多包含一个元素)。
empty() 若容器为空,则返回 true;否则 false。
size() 返回当前 set 容器中存有元素的个数。
max_size() 返回 set 容器所能容纳元素的最大个数,不同的操作系统,其返回值亦不相同。
insert() 向 set 容器中插入元素。
erase() 删除 set 容器中存储的元素。
swap() 交换 2 个 set 容器中存储的所有元素。这意味着,操作的 2 个 set 容器的类型必须相同。
clear() 清空 set 容器中所有的元素,即令 set 容器的 size() 为 0。
emplace() 在当前 set 容器中的指定位置直接构造新元素。其效果和 insert() 一样,但效率更高。
emplace_hint() 在本质上和 emplace() 在 set 容器中构造新元素的方式是一样的,不同之处在于,使用者必须为该方法提供一个指示新元素生成位置的迭代器,并作为该方法的第一个参数。
count(val) 在当前 set 容器中,查找值为 val 的元素的个数,并返回。注意,由于 set 容器中各元素的值是唯一的,因此该函数的返回值最大为 1。

下面程序演示了表 1 中部分成员函数的用法:
#include <iostream>
#include <set>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
    //创建空set容器
    std::set<std::string> myset;
    //空set容器不存储任何元素
    cout << "1、myset size = " << myset.size() << endl;
    //向myset容器中插入新元素
    myset.insert("http://c.biancheng.net/java/");
    myset.insert("http://c.biancheng.net/stl/");
    myset.insert("http://c.biancheng.net/python/");
    cout << "2、myset size = " << myset.size() << endl;
    //利用双向迭代器,遍历myset
    for (auto iter = myset.begin(); iter != myset.end(); ++iter) {
        cout << *iter << endl;
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

1、myset size = 0
2、myset size = 3
http://c.biancheng.net/java/
http://c.biancheng.net/python/
http://c.biancheng.net/stl/

有关表 1 中其它成员方法的用法,后续章节会做详细讲解。


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