一、關聯式容器

標準的STL關聯式容器分為set(集合)/map(映射表)兩大類，以及這兩大類的衍生體multiset（多鍵集合）和 multimap（多鍵映射表）。這些容器的底層機制均以RB-tree（紅黑樹）完成。RB-tree也是一個獨立容器，但并不開放給外界使用。

此外，SGI STL 還提供了一個不在標準規格之列的關聯式容器：hash table （散列表），以及以此hash table 為底層機制而完成的hash_set（散列集合）、hash_map（散列映射表）、hash_multiset（散列多鍵集合）、hash_multimap（散列多鍵映射表）。

所謂的關聯式容器，觀念上類似關聯式數據庫：每筆數據（每個元素）都有一個鍵值（key）和一個實值（value）。當元素被插入到關聯式容器中時，容器內部結構（可能是RB-tree ，也可能是hash-table）便依照其鍵值大小，以某種特定規則將這個元素放置于適當位置。關聯式容器沒有所謂的頭尾（只有最大元素和最小元素），所以不會有所謂push_back()/push_front()/pop_back()/pop_front()/begin()/end() 這樣的操作行為。

一般而言，關聯式容器的內部結構是一個balanced binary tree（平衡二叉樹），以便獲得良好的搜尋效率。balanced binary tree 有許多種類型，包括AVL-tree、RB-tree、AA-tree ，其中最被廣泛運用于STL的是RB-tree（紅黑樹）。

二、樹

有關樹以及紅黑樹的相關內容，參見 紅黑樹詳解 博文。 紅黑樹及其迭代器源碼請參考《STL源碼剖析》5.2節。

三、set

set 的特性是，所有元素都會根據元素的鍵值自動被排序。set 的元素不像map那樣可以同時擁有實值和鍵值，set元素的鍵值就是實值，實值就是鍵值。set不允許兩個元素有相同的鍵值。

務必注意，我們不能通過set的迭代器改變set的元素值。因為set元素值就是其鍵值，關系到set元素的排序規則。如果任意改變set元素值，會嚴重破壞set組織。在set的源碼中，set<T>::iterator被定義為底層RB-tree 的const_iterator，杜絕寫入操作。換句話說，set iterators 是一種constant iterators（相對于mutable iterators）。

STL特別提供了一組set、multiset 相關算法，包括交集set_intersection、并集set_union、差集set_difference、對稱差集set_symmetric_difference。

由于RB-tree 是一種平衡二叉搜索樹，自動排序的效果很不錯，所以標準的STL set即以RB-tree為底層機制。又由于set 所開放的各種操作接口，RB-tree也都提供了，所以幾乎所有的set操作行為，都只是轉調用RB-tree 的操作行為而已。

參見相關源碼；

四、map

map的特性是，所有元素都會根據元素的鍵值自動被排序。map的所有元素都是pair，同時擁有實值和鍵值。pair 的第一元素被視為鍵值，第二元素被視為實值。map不允許兩個元素擁有相同的鍵值（但兩個元素的實值可以相同）。同樣，我們不能通過map的迭代器改變map的鍵值，但我們可以改變其實值。因此，map iterators 既不是一種constant iterators，也不是一種mutable iterators。map也是也是以RB-tree為底層機制，通過轉調RB-tree的操作行為來實現自己的接口功能。

參見相關源碼；

五、multiset

multiset 的特性以及用法和set 完全相同，唯一的差別在于它允許鍵值重復，因此它的插入操作采用的是底層機制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique()——insert_equal()表示被插入節點的鍵值在整棵樹中可以重復，因此，無論如何插入都會成功（除非空間不足導致配置失敗）。insert_unique()表示被插入節點的鍵值key在整棵樹中必須獨一無二（因此，如果樹中已存在相同的鍵值，插入操作就不會真正進行）。

參見相關源碼；

六、multimap

multimap 的特性以及用法與map完全相同，唯一的差別在于它允許鍵值重復，因此它的插入操作采用的是底層機制RB-tree的insert_equal()而非insert_unique()。 參見相關源碼；

參見附錄1 SGI STL RB-tree的insert_equal()和insert_unique()插入源碼

七、hashtable

參見 hashtable詳解

八、hash_set

雖然STL 只規范復雜度與接口，并不規范實現方法，但STL set 多半以RB-tree 為底層機制。SGI 則是在STL 標準規格之外另又提供了一個所謂的hash_set，以hashtable 為底層機制。由于hash_set所供應的操作接口，hashtable都提供了，所以幾乎所有的hash_set 操作行為，都只是轉調用hashtable的操作行為而已。

運用set，為的是能夠快速搜尋元素。這一點，不論其底層是RB-tree 或是hashtable，都可以達成任務。但是請注意，RB-tree 有自動排序功能而hashtable 沒有，反映出來的結果就是，set的元素有自動排序功能而hash_set 沒有。 hash_set 的使用方式，與set完全相同。

參見相關源碼；

九、hash_map

SGI 在STL 標準規格之外，另提供了一個所謂的hash_map，以hashtable 為底層機制。由于hash_map 所供應的操作接口，hashtable 都提供了，所以幾乎所有的hash_map操作行為，都只是轉調用hashtable 的操作行為而已。

RB-tree 有自動排序功能而hashtable 沒有，所以map 的元素有自動排序功能而hash_map沒有。

參見相關源碼；

十、hash_multiset

hash_multiset 的特性于multiset 完全相同。唯一的差別在于它的底層機制是hashtable。也因此，hash_multiset 的元素并不會被自動排序。

hash_multiset 和 hash_set 實現上的唯一差別在于，前者的元素插入操作采用底層機制hashtable的insert_equal()，后者則是采用 insert_unique()。

十一、hash_multimap

hash_multimap 的特性于multimap 完全相同。唯一的差別在于它的底層機制是hashtable。也因此，hash_multimap 的元素并不會被自動排序。

hash_multimap 和 hash_map 實現上的唯一差別在于，前者的元素插入操作采用底層機制hashtable的insert_equal()，后者則是采用 insert_unique()。

附錄1：SGI STL RB-tree的insert_equal()和insert_unique()插入源碼

// 插入新值：節點鍵值允許重復 // 注意，返回值是一個RB-Tree迭代器，指向新增節點 template <class _Key, class _Value, class _KeyOfValue, class _Compare, class _Alloc> typename _Rb_tree<_Key,_Value,_KeyOfValue,_Compare,_Alloc>::iterator _Rb_tree<_Key,_Value,_KeyOfValue,_Compare,_Alloc>::insert_equal(const _Value& __v) {_Link_type __y = _M_header;_Link_type __x = _M_root(); // 從根節點開始while (__x != 0) { // 從根節點開始，往下尋找適當的插入點__y = __x;// _M_key_compare(v, x) =意思是=> (x > v ? true : false)__x = _M_key_compare(_KeyOfValue()(__v), _S_key(__x)) ? _S_left(__x) : _S_right(__x);// 新值遇到比它“大”的節點則往左，否則（遇到比它“小于或等于”的節點）則往右 }return _M_insert(__x, __y, __v);// 以上，x為新值插入點，y為插入點之父節點，v為新值 }// 插入新值：節點鍵值不允許重復，若重復則插入無效 // 注意，返回值是個pair，第一個元素是個RB-Tree迭代器，指向新增節點， // 第二個元素表示插入成功與否 template <class _Key, class _Value, class _KeyOfValue, class _Compare, class _Alloc> pair<typename _Rb_tree<_Key,_Value,_KeyOfValue,_Compare,_Alloc>::iterator, bool> _Rb_tree<_Key,_Value,_KeyOfValue,_Compare,_Alloc>::insert_unique(const _Value& __v) {_Link_type __y = _M_header;_Link_type __x = _M_root(); // 從根節點開始bool __comp = true;while (__x != 0) { // 從根節點開始，往下尋找適當的插入點__y = __x;__comp = _M_key_compare(_KeyOfValue()(__v), _S_key(__x)); // 如果節點值比新值大則往左；否則往右（注意，_KeyOfValue()(__v)為第1參數）__x = __comp ? _S_left(__x) : _S_right(__x);} //離開while循環之后，__y所指即插入點之父節點（此時的它必為葉節點） iterator __j = iterator(__y); // 令迭代器__j指向插入點之父節點__y if (__comp) // 如果離開while循環時comp為真（表示插入節點值“大于”新值，將在左側插入）if (__j == begin()) // 如果插入點之父節點為最左節點return pair<iterator,bool>(_M_insert(__x, __y, __v), true);// 以上，x為插入點，y為插入點之父節點，v為新值else // 否則（插入點之父節點不為最左節點）--__j; // 調整__j （重新確定插入點，見附錄2圖）
// （1）__comp == false => 插入節點值“小于或等于”新值，右側插入// （2）__comp == true && 插入點之父節點不為最左節點 => 調整__j（重新確定插入點，見附錄2圖）if (_M_key_compare(_S_key(__j._M_node), _KeyOfValue()(__v)))// 如果新值“大于”插入節點值（（注意，_KeyOfValue()(__v)為第2參數））return pair<iterator,bool>(_M_insert(__x, __y, __v), true);// 以上，__x為新值插入點，__y為插入點之父節點，__v為新值// 至此，表示新值一定與樹中鍵值重復，那么就不該插入新值return pair<iterator,bool>(__j, false); }

附錄2圖:

注：準備插入v=20的值，此時RB-Tree里面已經有一個值為20的節點了。

遍歷步驟已經插入流程如下（如圖，紅色箭頭表示遍歷路徑）：

1. 40節點比新值大，往左走；

2. 20節點不比新值大（“小于或等于”），往右走；

3. 30節點比新值大，往左走；同時，達到葉子節點；此時j指向30節點；

4. 30節點不是最左節點，執行“--j”，j新指向20節點；

5. 執行后續判斷（也即進入上面代碼（1）、（2）情況的語句）：

　　a. 新值是否大于j節點，如果是，插入；

　　b. 否則（本例子的情況，“小于或等于”），不插入。

注：步驟2（20節點“小于或等于”新值）和步驟5（新值“小于或等于”20節點），由這兩個判斷可以推斷：新值“等于”20節點。進而說明了原RB-Tree中已有相同的值，故而不再插入。?

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轉載于:https://www.cnblogs.com/yyxt/p/4985239.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STL——关联式容器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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