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unordered_set、unordered_map的介绍+使用+比较

news 来源：原创 2024/5/18 23:19:13

1.unordered系列关联式容器

在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时的效率可达到O(logN)，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的结点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同。

2.unordered_set的介绍

unordered_set是不按特定顺序存储键值的关联式容器，其允许通过键值快速的索引到对应的元素。
在unordered_set中，元素的值同时也是唯一地标识它的key。
在内部，unordered_set中的元素没有按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到指定的key，unordered_set将相同哈希值的键值放在相同的桶中。
unordered_set容器通过key访问单个元素要比set快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
它的迭代器至少是前向迭代器。(单向)

3.unordered_multiset

unordered_multiset容器与unordered_set容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们所提供的成员函数的接口都是基本一致的，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multiset容器允许键值冗余，即unordered_multiset容器当中存储的元素是可以重复的。

4.unordered_map

unordered_map是存储<key, value>键值对的关联式容器，其允许通过key值快速的索引到与其对应是value。
在unordered_map中，键值通常用于唯一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键和映射值的类型可能不同。
在内部，unordered_map没有对<key, value>按照任何特定的顺序排序，为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
unordered_map实现了直接访问操作符（operator[ ]），它允许使用key作为参数直接访问value。
它的迭代器至少是前向迭代器。(单向)

5.unordered_multimap

unordered_multimap容器与unordered_map容器的底层数据结构是一样的，都是哈希表，其次，它们所提供的成员函数的接口都是基本一致的，这两种容器唯一的区别就是，unordered_multimap容器允许键值冗余，即unordered_multimap容器当中存储的键值对的key值是可以重复的。

6.unordered_set、unordered_map的使用

7.map/set与unordered_map/unordered_set的区别

容器	底层数据结构	是否有序	实现版本	增删改查效率	迭代器类型
unordered_map/unordered_set	哈希表/散列表	否	C++98	O(1)	单向迭代器
map/set	红黑树	是	C++11	O(logN)	双向迭代器

8. 关于find查找算法

-- unordered_set专用查找算法。优点：使用哈希特性去查找，效率高 -- O(1)  
-- 类似如果是set的，效率是O(logN)
auto pos = us.find(2); //unordered_set
auto pos = s.find(2);  //set

-- 通用算法，优点：每个容器都可以使用，泛型算法。 缺点：暴力查找  -- O(N)
-- 复用
--auto pos = find(us.begin(), us.end(), 2);  //find算法在 algorithm.h头文件中
   if (pos != us.end())
   {
     cout << "找到了" << endl;
   }
   else
   {
     cout << "找不到" << endl;
   }

9.map/set与unordered_map/unordered_set的性能测试

map容器与unordered_map容器的差别和set容器与unordered_set容器的差别类似，下面我们以set容器和unordered_set容器的测试为例。
容器的性能，我们最关心的实际就是该容器增删查改的效率。我们可以通过下列代码测试set容器和unordered_set容器insert、find以及erase的效率。

#include <iostream>
#include <set>
#include <unordered_set>
#include <time.h>
using namespace std;

int main()
{
	int N = 1000;
	vector<int> v;
	v.reserve(N);
	srand((unsigned int)time(NULL));

	//随机生成N个数字
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		v.push_back(rand());
	}

	/****************插入效率测试****************/
	//将这N个数插入set容器
	set<int> s;
	clock_t begin1 = clock(); //记录开始时间
	for (auto e : v)
	{
		s.insert(e);
	}
	clock_t end1 = clock(); //记录结束时间

	//将这N个数插入unordered_set容器
	unordered_set<int> us;
	clock_t begin2 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.insert(e);
	}
	clock_t end2 = clock();

	//分别输出插入set容器和unordered_set容器所用的时间
	cout << "set insert: " << end1 - begin1 << endl;
	cout << "unordered_set insert: " << end2 - begin2 << endl;

	/****************查找效率测试****************/
	//在set容器中查找这N个数
	clock_t begin3 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.find(e);
	}
	clock_t end3 = clock();

	//在unordered_set容器中查找这N个数
	clock_t begin4 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.find(e);
	}
	clock_t end4 = clock();

	//分别输出在set容器和unordered_set容器中查找这N个数所用的时间
	cout << "set find: " << end3 - begin3 << endl;
	cout << "unordered_set find: " << end4 - begin4 << endl;

	/****************删除效率测试****************/
	//将这N个数从set容器中删除
	clock_t begin5 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		s.erase(e);
	}
	clock_t end5 = clock();

	//将这N个数从unordered_set容器中删除
	clock_t begin6 = clock();
	for (auto e : v)
	{
		us.erase(e);
	}
	clock_t end6 = clock();

	//分别输出将这N个数从set容器和unordered_set容器中删除所用的时间
	cout << "set erase: " << end5 - begin5 << endl;
	cout << "unordered_set erase: " << end6 - begin6 << endl;
	return 0;
}

(1)对1000个数做增删查改操作

当N为1000时，set容器和unordered_set容器增删查改的效率差异并不大，在Debug版本下的测试结果如下：

在Release版本下，set容器和unordered_set容器对1000个数做增删查改操作所用的时间更是被优化到了接近0毫秒。

(2) 10000000个数做增删查改操作

10000000个数, set容器和unordered_set容器增删查改的效率的差异就很明显了，在Debug版本下的测试结果如下

经过Release版本优化后，unordered_set容器与set容器的差距更加明显了

(3)小结

当处理数据量小时，map/set容器与unordered_map/unordered_set容器增删查改的效率差异不大。
当处理数据量大时，map/set容器与unordered_map/unordered_set容器增删查改的效率相比，unordered系列容器的效率更高。
因此，当处理数据量较小时，选用xxx容器与unordered_xxx容器的差异不大；当处理数据量较大时，建议选用对应的unordered_xxx容器。
补充一点：当需要存储的序列为有序时，应该选用map/set容器。