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[C++知识库]C++ STL无序容器(哈希容器)

C++ STL无序容器(哈希容器)是什么?
无序容器是 C++ 11 标准才正式引入到 STL 标准库中的,这意味着如果要使用该类容器,则必须选择支持 C++ 11 标准的编译器。
关联式容器一样,无序容器也使用键值对(pair 类型)的方式存储数据。不过,本教程将二者分开进行讲解,因为它们有本质上的不同:
关联式容器的底层实现采用的树存储结构,更确切的说是红黑树结构;
无序容器的底层实现采用的是哈希表的存储结构。

基于底层实现采用了不同的数据结构,因此和关联式容器相比,无序容器具有以下 2 个特点:
无序容器内部存储的键值对是无序的,各键值对的存储位置取决于该键值对中的键,
和关联式容器相比,无序容器擅长通过指定键查找对应的值(平均时间复杂度为 O(1));但对于使用迭代器遍历容器中存储的元素,无序容器的执行效率则不如关联式容器。

C++ STL无序容器种类
和关联式容器一样,无序容器只是一类容器的统称,其包含有 4 个具体容器,分别为 unordered_map、unordered_multimap、unordered_set 以及 unordered_multiset。

unordered_map
存储键值对 <key, value> 类型的元素,其中各个键值对键的值不允许重复,且该容器中存储的键值对是无序的。
unordered_multimap
和 unordered_map 唯一的区别在于,该容器允许存储多个键相同的键值对。
unordered_set
不再以键值对的形式存储数据,而是直接存储数据元素本身(当然也可以理解为,该容器存储的全部都是键 key 和值 value 相等的键值对,正因为它们相等,因此只存储 value 即可)。另外,该容器存储的元素不能重复,且容器内部存储的元素也是无序的。
unordered_multiset
和 unordered_set 唯一的区别在于,该容器允许存储值相同的元素。

也就是说,C++ 11 标准的 STL 中,在已提供有 4 种关联式容器的基础上,又新增了各自的“unordered”版本(无序版本、哈希版本),提高了查找指定元素的效率。

有读者可能会问,既然无序容器和之前所学的关联式容器类似,那么在实际使用中应该选哪种容器呢?总的来说,实际场景中如果涉及大量遍历容器的操作,建议首选关联式容器;反之,如果更多的操作是通过键获取对应的值,则应首选无序容器。

C++ STL无序容器底层实现原理(深度剖析)
http://c.biancheng.net/view/7235.html

当有新键值对存储到无序容器中时,整个存储过程分为如下几步:
将该键值对中键的值带入设计好的哈希函数,会得到一个哈希值(一个整数,用 H 表示);
将 H 和无序容器拥有桶的数量 n 做整除运算(即 H % n),该结果即表示应将此键值对存储到的桶的编号;
建立一个新节点存储此键值对,同时将该节点链接到相应编号的桶上。

unordered_set 容器,可直译为“无序 set 容器”,即 unordered_set 容器和 set 容器很像,唯一的区别就在于 set 容器会自行对存储的数据进行排序,而 unordered_set 容器不会。

总的来说,unordered_set 容器具有以下几个特性:
不再以键值对的形式存储数据,而是直接存储数据的值;
容器内部存储的各个元素的值都互不相等,且不能被修改。
不会对内部存储的数据进行排序(这和该容器底层采用哈希表结构存储数据有关,可阅读《C++ STL无序容器底层实现原理》一文做详细了解);

所谓“类似”,指的是 unordered_multiset 容器大部分的特性都和 unordered_set 容器相同,包括:
unordered_multiset 不以键值对的形式存储数据,而是直接存储数据的值;
该类型容器底层采用的也是哈希表存储结构(可阅读《C++ STL无序容器底层实现原理》一文做详细了解),它不会对内部存储的数据进行排序;
unordered_multiset 容器内部存储的元素,其值不能被修改。

和 unordered_set 容器不同的是,unordered_multiset 容器可以同时存储多个值相同的元素,且这些元素会存储到哈希表中同一个桶(本质就是链表)上。
读者可以这样认为,unordered_multiset 除了能存储相同值的元素外,它和 unordered_set 容器完全相同。

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