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C++ STL multimap容器用法完全攻略(超详细)

在掌握 C++ STL map 容器的基础上,本节再讲一个和 map 相似的关联式容器,即 multimap 容器

所谓“相似”,指的是 multimap 容器具有和 map 相同的特性,即 multimap 容器也用于存储 pair<const K, T> 类型的键值对(其中 K 表示键的类型,T 表示值的类型),其中各个键值对的键的值不能做修改;并且,该容器也会自行根据键的大小对存储的所有键值对做排序操作。和 map 容器的区别在于,multimap 容器中可以同时存储多(≥2)个键相同的键值对。

和 map 容器一样,实现 multimap 容器的类模板也定义在<map>头文件,并位于 std 命名空间中。因此,在使用 multimap 容器前,程序应包含如下代码:

#include <map>
using namespace std;

注意,第二行代码不是必需的,但若不用,则程序中在使用 multimap 容器时需手动注明 std 命名空间(强烈建议初学者使用)。

multimap 容器类模板的定义如下:
template < class Key,                                   // 指定键(key)的类型
           class T,                                     // 指定值(value)的类型
           class Compare = less<Key>,                   // 指定排序规则
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >  // 指定分配器对象的类型
           > class multimap;
可以看到,multimap 容器模板有 4 个参数,其中后 2 个参数都设有默认值。

大多数场景中,我们只需要设定前 2 个参数的值,有些场景可能会用到第 3 个参数,但最后一个参数几乎不会用到。

创建C++ multimap容器的方法

multimap 类模板内部提供有多个构造函数,总的来说,创建 multimap 容器的方式可归为以下 5 种。

1) 通过调用 multimap 类模板的默认构造函数,可以创建一个空的 multimap 容器:

std::multimap<std::string, std::string>mymultimap;

如果程序中已经默认指定了 std 命令空间,这里可以省略 std::。


2) 当然,在创建 multimap 容器的同时,还可以进行初始化操作。比如:
//创建并初始化 multimap 容器
multimap<string, string>mymultimap{ {"C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/"},
                                    {"Python教程", "http://c.biancheng.net/python/"},
                                    {"STL教程", "http://c.biancheng.net/stl/"} };
注意,使用此方式初始化 multimap 容器时,其底层会先将每一个{key, value}创建成 pair 类型的键值对,然后再用已建好的各个键值对初始化 multimap 容器。

实际上,我们完全可以先手动创建好键值对,然后再用其初始化 multimap 容器。下面程序使用了 2 种方式创建 pair 类型键值对,再用其初始化 multimap 容器,它们是完全等价的:
//借助 pair 类模板的构造函数来生成各个pair类型的键值对
multimap<string, string>mymultimap{
    pair<string,string>{"C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/"},
    pair<string,string>{ "Python教程", "http://c.biancheng.net/python/"},
    pair<string,string>{ "STL教程", "http://c.biancheng.net/stl/"}
};
//调用 make_pair() 函数,生成键值对元素
//创建并初始化 multimap 容器
multimap<string, string>mymultimap{
    make_pair("C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/"),
    make_pair("Python教程", "http://c.biancheng.net/python/"),
    make_pair("STL教程", "http://c.biancheng.net/stl/")
};

3) 除此之外,通过调用 multimap 类模板的拷贝(复制)构造函数,也可以初始化新的 multimap 容器。例如:
multimap<string, string>newmultimap(mymultimap);
由此,就成功创建一个和 mymultimap 完全一样的 newmultimap 容器。

在 C++ 11 标准中,还为 multimap 类增添了移动构造函数。即当有临时的 multimap 容器作为参数初始化新 multimap 容器时,其底层就会调用移动构造函数来实现初始化操作。举个例子:
//创建一个会返回临时 multimap 对象的函数
multimap<string, string> dismultimap() {
    multimap<string, string>tempmultimap{ {"C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/"},{"Python教程", "http://c.biancheng.net/python/"} };
    return tempmultimap;
}  
//调用 multimap 类模板的移动构造函数创建 newMultimap 容器
multimap<string, string>newmultimap(dismultimap());
上面程序中,由于 dismultimap() 函数返回的 tempmultimap 容器是一个临时对象,因此在实现初始化 newmultimap 容器时,底层调用的是 multimap 容器的移动构造函数,而不再是拷贝构造函数。

注意,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) multimap 类模板还支持从已有 multimap 容器中,选定某块区域内的所有键值对,用作初始化新 multimap 容器时使用。例如:
//创建并初始化 multimap 容器
multimap<string, string>mymultimap{ {"C语言教程", "http://c.biancheng.net/c/"},
                                    {"Python教程", "http://c.biancheng.net/python/"},
                                    {"STL教程", "http://c.biancheng.net/stl/"} };
multimap<string, string>newmultimap(++mymultimap.begin(), mymultimap.end());
这里使用了 multimap 容器的迭代器,选取了 mymultimap 容器中的最后 2 个键值对,用于初始化 newmultimap 容器。

multimap 容器迭代器,和 map 容器迭代器的用法完全相同,这里不再赘述。


5) 前面讲到,multimap 类模板共可以接收 4 个参数,其中第 3 个参数可用来修改 multimap 容器内部的排序规则。默认情况下,此参数的值为std::less<T>,这意味着以下 2 种创建 multimap 容器的方式是等价的:
multimap<char, int>mymultimap{ {'a',1},{'b',2} };
multimap<char, int, std::less<char>>mymultimap{ {'a',1},{'b',2} };
mymultimap 容器中键值对的存储顺序为:

<a,1>
<b,2>


下面程序利用了 STL 模板库提供的std::greater<T>排序函数,实现令 multimap 容器对存储的键值对做降序排序:
multimap<char, int, std::greater<char>>mymultimap{ {'a',1},{'b',2} };
其内部键值对的存储顺序为:

<b,2>
<a,1>

在某些特定场景中,我们还可以为 multimap 容器自定义排序规则,此部分知识后续将利用整整一节做重点讲解。

C++ multimap容器包含的成员方法

表 1 列出了 multimap 类模板提供的常用成员方法及各自的功能。

表 1 C++ multimap 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)键值对的双向迭代器。如果 multimap 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 multimap 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 multimap 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 multimap 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键值对。
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键值对。
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键值对。
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键值对。
find(key) 在 multimap 容器中查找首个键为 key 的键值对,如果成功找到,则返回指向该键值对的双向迭代器;反之,则返回和 end() 方法一样的迭代器。另外,如果 multimap 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(key) 返回一个指向当前 multimap 容器中第一个大于或等于 key 的键值对的双向迭代器。如果 multimap 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(key) 返回一个指向当前 multimap 容器中第一个大于 key 的键值对的迭代器。如果 multimap 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(key) 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,该范围中包含的键为 key 的键值对。
empty()  若容器为空,则返回 true;否则 false。
size() 返回当前 multimap 容器中存有键值对的个数。
max_size() 返回 multimap 容器所能容纳键值对的最大个数,不同的操作系统,其返回值亦不相同。
insert() 向 multimap 容器中插入键值对。
erase() 删除 multimap 容器指定位置、指定键(key)值或者指定区域内的键值对。
swap() 交换 2 个 multimap 容器中存储的键值对,这意味着,操作的 2 个键值对的类型必须相同。
clear() 清空 multimap 容器中所有的键值对,使 multimap 容器的 size() 为 0。
emplace() 在当前 multimap 容器中的指定位置处构造新键值对。其效果和插入键值对一样,但效率更高。
emplace_hint() 在本质上和 emplace() 在 multimap 容器中构造新键值对的方式是一样的,不同之处在于,使用者必须为该方法提供一个指示键值对生成位置的迭代器,并作为该方法的第一个参数。
count(key) 在当前 multimap 容器中,查找键为 key 的键值对的个数并返回。

和 map 容器相比,multimap 未提供 at() 成员方法,也没有重载 [] 运算符。这意味着,map 容器中通过指定键获取指定指定键值对的方式,将不再适用于 multimap 容器。其实这很好理解,因为 multimap 容器中指定的键可能对应多个键值对,而不再是 1 个。

另外值的一提的是,由于 multimap 容器可存储多个具有相同键的键值对,因此表 1 中的 lower_bound()、upper_bound()、equal_range() 以及 count() 成员方法会经常用到。

下面例子演示了表 1 中部分成员方法的用法:
#include <iostream>
#include <map>  //map
using namespace std;   

int main()
{
    //创建并初始化 multimap 容器
    multimap<char, int>mymultimap{ {'a',10},{'b',20},{'b',15}, {'c',30} };
    //输出 mymultimap 容器存储键值对的数量
    cout << mymultimap.size() << endl;
    //输出 mymultimap 容器中存储键为 'b' 的键值对的数量
    cout << mymultimap.count('b') << endl;

    for (auto iter = mymultimap.begin(); iter != mymultimap.end(); ++iter) {
        cout << iter->first << " " << iter->second << endl;
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

4
2
a 10
b 20
b 15
c 30

注意,只要是 multimap 容器提供的成员方法,map 容器都提供,并且它们的用法是相同的。前面章节中已经对 map 容器提供的成员方法做了详细的讲解,因此这里不再对表 1 中其它的成员方法做详细的介绍。

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