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C++ 新手指南:如何使用 set 和 unordered_set

1 人参与  2024年11月13日 08:41  分类 : 《随便一记》  评论

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在C++编程中,setunordered_set 是两个常用的容器,它们分别属于有序集合和无序集合。无论您是刚接触编程的小白,还是希望更深入了解C++ STL的使用者,理解它们的区别和使用场景,能够帮助您更高效地处理数据。

在本文中,我们将深入介绍这两个容器的使用方法、实现原理,并通过示例代码详细讲解如何应用它们。

setunordered_set 的区别

排序set 是有序的,即元素会按升序自动排列。unordered_set 是无序的,元素存储的顺序不固定。

底层实现set 使用红黑树(红黑树是一种平衡二叉树结构),unordered_set 使用哈希表。

时间复杂度:由于底层结构不同,二者的操作性能也有所差异。

操作类型set 的时间复杂度unordered_set 的时间复杂度
插入、删除O(log n)平均 O(1),最坏 O(n)
查找O(log n)平均 O(1),最坏 O(n)

哈希(Hashing)是一种通过哈希函数将数据映射到固定大小的数组(称为哈希表)中的技术。哈希函数根据输入的元素值计算出一个哈希值,并根据哈希值将元素存储在哈希表的对应位置。哈希表的优势在于它能够在常数时间(O(1))内执行插入、查找和删除操作,特别适用于需要快速查找和去重的场景。对于 unordered_set 来说,它依赖哈希表来存储数据,因此可以在平均常数时间内完成元素的查找、插入和删除操作。

set 的使用方法

set 是一种自动排序的集合,它只存储唯一的元素。如果尝试插入重复的元素,set 会自动忽略。

代码示例

#include <iostream>#include <set>int main() {    std::set<int> mySet;    // 插入元素    mySet.insert(10);    mySet.insert(5);    mySet.insert(15);    mySet.insert(10);  // 重复元素,插入无效    // 遍历元素    std::cout << "Set 中的元素:";    for (const auto &elem : mySet) {        std::cout << elem << " ";    }    std::cout << std::endl;    // 查找元素    int key = 10;    if (mySet.find(key) != mySet.end()) {        std::cout << key << " 存在于 set 中。" << std::endl;    } else {        std::cout << key << " 不存在于 set 中。" << std::endl;    }    return 0;}

代码讲解

insert():用于将元素插入到set中,若元素已存在则不插入。find():检查特定元素是否存在于集合中。迭代器遍历:for 循环通过 set 的迭代器实现遍历。

使用场景

当需要保持数据的有序性并确保唯一性时,set 是很好的选择。例如:处理排序后用户不重复的输入数据。

unordered_set 的使用方法

unordered_set 使用哈希表实现,因此插入和查找操作在平均情况下更高效,但数据存储顺序不固定。

代码示例

#include <iostream>#include <unordered_set>int main() {    std::unordered_set<int> myUnorderedSet;    // 插入元素    myUnorderedSet.insert(10);    myUnorderedSet.insert(5);    myUnorderedSet.insert(15);    myUnorderedSet.insert(10);  // 重复元素,插入无效    // 遍历元素    std::cout << "Unordered Set 中的元素:";    for (const auto &elem : myUnorderedSet) {        std::cout << elem << " ";    }    std::cout << std::endl;    // 查找元素    int key = 10;    if (myUnorderedSet.find(key) != myUnorderedSet.end()) {        std::cout << key << " 存在于 unordered_set 中。" << std::endl;    } else {        std::cout << key << " 不存在于 unordered_set 中。" << std::endl;    }    return 0;}

代码讲解

insert():将元素插入 unordered_set,重复元素会被自动忽略。find():查找某元素是否在集合中。由于元素无序,遍历时输出的顺序不可预测。

使用场景

当您只关注集合元素的唯一性,并希望插入和查找操作尽可能高效时,可以选择 unordered_set。如:快速去重的哈希检查。

setunordered_set 的选择建议

场景建议使用
需要有序且唯一的集合数据set
只需要唯一集合且关注性能unordered_set
查找频繁,插入、删除不多的集合set
大量插入和查找操作的集合unordered_set

常见的 set 操作方法与注意事项

常见操作

insert(value)

将元素插入 set 中。如果元素已经存在,插入操作会失败(即不会插入重复元素)。返回值:返回一个 pairfirst 是插入的元素,second 是一个布尔值,指示元素是否成功插入。

erase(value)

删除指定元素。如果元素存在,它将从 set 中移除。返回值:删除操作返回一个整数,表示删除的元素数量(通常为 0 或 1)。

find(value)

查找指定元素。如果元素存在,返回指向该元素的迭代器;否则,返回 end()

count(value)

返回指定元素在 set 中的出现次数。由于 set 中的元素是唯一的,因此该操作的结果要么是 0,要么是 1。

clear()

删除 set 中的所有元素。

size()

返回 set 中的元素个数。

empty()

如果 set 为空,返回 true,否则返回 false

注意事项

元素的唯一性set 会自动删除重复元素,因此插入重复元素时不会出错,但也不会插入新元素。元素顺序set 保证元素按升序排列,插入元素时会根据其值自动排序。性能考虑set 的插入、删除和查找操作时间复杂度为 O(log n),适合中等规模的数据集。如果只关心操作性能,可以考虑使用 unordered_set,它在大多数情况下能提供常数时间复杂度的操作。

常见问题解答

为什么插入重复元素时不会成功?

setunordered_set 的特性是只存储唯一的元素,因此不会添加相同值的元素。

我可以手动控制 unordered_set 中的元素顺序吗?

不可以,unordered_set 中的元素顺序完全取决于哈希表结构。

总结

set 是基于树的有序集合,适用于需要顺序保证的情况。unordered_set 基于哈希表,适合无序、高效的数据存储需求。

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