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第十一章 关联容器

练习11.1

描述mapvector的不同。

解:

map 是关联容器, vector 是顺序容器。

练习11.2

分别给出最适合使用listvectordequemap以及set的例子。

解:

  • list:双向链表,适合频繁插入删除元素的场景。
  • vector:适合频繁访问元素的场景。
  • deque:双端队列,适合频繁在头尾插入删除元素的场景。
  • map:字典。
  • set:适合有序不重复的元素的场景。

练习11.3

编写你自己的单词计数程序。

解:

#include <string>
#include <map>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(){
    map<string, int> word_count;
    string tmp;
    while (cin >> tmp){
        word_count[tmp] += 1;
    }
    for (const auto& elem : word_count)
		std::cout << elem.first << " : " << elem.second << endl;
	return 0;
}

练习11.4

扩展你的程序,忽略大小写和标点。例如,"example."、"example,"和"Example"应该递增相同的计数器。

解:

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>

void word_count_pro(std::map<std::string, int>& m)
{
	std::string word;
	while (std::cin >> word)
	{
		for (auto& ch : word) 
			ch = tolower(ch);
		
		word.erase(std::remove_if(word.begin(), word.end(), ispunct),
			word.end());
		++m[word];
	}
	for (const auto& e : m) std::cout << e.first << " : " << e.second << "\n";
}

int main()
{
	std::map<std::string, int> m;
	word_count_pro(m);

	return 0;
}

练习11.5

解释mapset的区别。你如何选择使用哪个?

解:

map 是键值对,而 set 只有键没有值。当我需要存储键值对的时候使用 map,而只需要键的时候使用 set

练习11.6

解释setlist的区别。你如何选择使用哪个?

set 是有序不重复集合,底层实现是红黑树,而 list 是无序可重复集合,底层实现是链表。

练习11.7

定义一个map,关键字是家庭的姓,值是一个vector,保存家中孩子(们)的名。编写代码,实现添加新的家庭以及向已有家庭中添加新的孩子。

解:

map<string, vector<string>> m;
for (string ln; cout << "Last name:\n", cin >> ln && ln != "@q";)
	for (string cn; cout << "|-Children's names:\n", cin >> cn && cn != "@q";)
		m[ln].push_back(cn);

练习11.8

编写一个程序,在一个vector而不是一个set中保存不重复的单词。使用set的优点是什么?

解:

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>

int main()
{
	std::vector<std::string> exclude = { "aa", "bb", "cc", "dd", "ee", "ff" };
	for (std::string word; std::cout << "Enter plz:\n", std::cin >> word;)
	{
		auto is_excluded = std::binary_search(exclude.cbegin(), exclude.cend(), word);
		auto reply = is_excluded ? "excluded" : "not excluded";
		std::cout << reply << std::endl;
	}
	return 0;
}

set的优点是集合本身的元素就是不重复。

练习11.9

定义一个map,将单词与一个行号的list关联,list中保存的是单词所出现的行号。

解:

std::map<std::string, std::list<std::size_t>> m;

练习11.10

可以定义一个vector<int>::iteratorintmap吗?list<int>::iteratorintmap呢?对于两种情况,如果不能,解释为什么。

解:

可以定义 vector<int>::iteratorintmap,但是不能定义 list<int>::iteratorintmap。因为map的键必须实现 < 操作,list 的迭代器不支持比较运算。

练习11.11

不使用decltype 重新定义 bookstore

解:

using Less = bool (*)(Sales_data const&, Sales_data const&);
std::multiset<Sales_data, Less> bookstore(less);

练习11.12

编写程序,读入stringint的序列,将每个stringint存入一个pair 中,pair保存在一个vector中。

解:

#include <vector>
#include <utility>
#include <string>
#include <iostream>

int main()
{
	std::vector<std::pair<std::string, int>> vec;
	std::string str;
	int i;
	while (std::cin >> str >> i)
		vec.push_back(std::pair<std::string, int>(str, i));

	for (const auto &p : vec)
		std::cout << p.first << ":" << p.second << std::endl;
}

练习11.13

在上一题的程序中,至少有三种创建pair的方法。编写此程序的三个版本,分别采用不同的方法创建pair。解释你认为哪种形式最易于编写和理解,为什么?

解:

vec.push_back(std::make_pair(str, i));
vec.push_back({ str, i });
vec.push_back(std::pair<string, int>(str, i)); 

使用花括号的初始化器最易于理解和编写。

练习11.14

扩展你在11.2.1节练习中编写的孩子姓达到名的map,添加一个pairvector,保存孩子的名和生日。

解:

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>
#include <vector>

using std::ostream;
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;
using std::string;
using std::make_pair;
using std::pair;
using std::vector;
using std::map;

class Families
{
public:
	using Child = pair<string, string>;
	using Children = vector<Child>;
	using Data = map<string, Children>;

	void add(string const& last_name, string const& first_name, string birthday)
	{
		auto child = make_pair(first_name, birthday);
		_data[last_name].push_back(child);
	}

	void print() const
	{
		for (auto const& pair : _data)
		{
			cout << pair.first << ":\n";
			for (auto const& child : pair.second)
				cout << child.first << " " << child.second << endl;
			cout << endl;
		}
	}

private:
	Data _data;
};

int main()
{
	Families families;
	auto msg = "Please enter last name, first name and birthday:\n";
	for (string l, f, b; cout << msg, cin >> l >> f >> b; families.add(l, f, b));
	families.print();

	return 0;
}

练习11.15

对一个intvector<int>的map,其mapped_typekey_typevalue_type分别是什么?

解:

  • mapped_type : vector<int>
  • key_type : int
  • value_type : std::pair<const int,vector >

练习11.16

使用一个map迭代器编写一个表达式,将一个值赋予一个元素。

解:

std::map<int, string>::iterator it = m.begin();
it->second = "hello";

练习11.17

假定c是一个stringmultisetv 是一个stringvector,解释下面的调用。指出每个调用是否合法:

copy(v.begin(), v.end(), inserter(c, c.end()));
copy(v.begin(), v.end(), back_inserter(c));
copy(c.begin(), c.end(), inserter(v, v.end()));
copy(c.begin(), c.end(), back_inserter(v));

解:

第二个调用不合法,因为 multiset 没有 push_back 方法。其他调用都合法。

练习11.18

写出第382页循环中map_it 的类型,不要使用autodecltype

解:

map<string, size_t>::const_iterator map_it = word_count.cbegin();

练习11.19

定义一个变量,通过对11.2.2节中的名为 bookstoremultiset 调用begin()来初始化这个变量。写出变量的类型,不要使用autodecltype

解:

using compareType = bool (*)(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs);
std::multiset<Sales_data, compareType> bookstore(compareIsbn);
std::multiset<Sales_data, compareType>::iterator c_it = bookstore.begin();

练习11.20

重写11.1节练习的单词计数程序,使用insert代替下标操作。你认为哪个程序更容易编写和阅读?解释原因。

解:

#include <iostream>
#include <map>
#include <string>

using std::string;
using std::map;
using std::cin;
using std::cout;

int main()
{
	map<string, size_t> counts;
	for (string word; cin >> word;)
	{
		auto result = counts.insert({ word, 1 });
		if (!result.second)
			++result.first->second;
	}
	for (auto const& count : counts)
		cout << count.first << " " << count.second << ((count.second > 1) ? " times\n" : " time\n");

	return 0;
}

使用insert更容易阅读和编写。insert有返回值,可以明确的体现出插入操作的结果。

练习11.21

假定word_count是一个stringsize_tmapword是一个string,解释下面循环的作用:

while (cin >> word)
	++word_count.insert({word, 0}).first->second;

解:

这条语句等价于:

while (cin >> word)
{
	auto result = word_count.insert({word, 0});
	++(result.first->second);
}

insert成功:先添加一个元素,然后返回一个 pairpairfirst元素是一个迭代器。这个迭代器指向刚刚添加的元素,这个元素是pair,然后递增pairsecond成员。 若insert失败:递增已有指定关键字的元素的 second成员。

练习11.22

给定一个map<string, vector<int>>,对此容器的插入一个元素的insert版本,写出其参数类型和返回类型。

std::pair<std::string, std::vector<int>>    // 参数类型
std::pair<std::map<std::string, std::vector<int>>::iterator, bool> // 返回类型

练习11.23

11.2.1节练习中的map 以孩子的姓为关键字,保存他们的名的vector,用multimap 重写此map

解:

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>

using std::string;
using std::multimap;
using std::cin;
using std::endl;

int main()
{
    multimap<string, string> families;
    for (string lname, cname; cin >> cname >> lname; families.emplace(lname, cname));
    for (auto const& family : families)
        std::cout << family.second << " " << family.first << endl;
}

练习11.24

下面的程序完成什么功能?

map<int, int> m;
m[0] = 1;

解:

添加一个元素到map中,如果该键存在,则重新赋值。

练习11.25

对比下面的程序与上一题程序

vector<int> v;
v[0] = 1;

解:

未定义行为,vector 的下标越界访问。

练习11.26

可以用什么类型来对一个map进行下标操作?下标运算符返回的类型是什么?请给出一个具体例子——即,定义一个map,然后写出一个可以用来对map进行下标操作的类型以及下标运算符将会返会的类型。

解:

std::map<int, std::string> m = { { 1,"ss" },{ 2,"sz" } };
using KeyType = std::map<int, std::string>::key_type;	
using ReturnType = std::map<int, std::string>::mapped_type;

练习11.27

对于什么问题你会使用count来解决?什么时候你又会选择find呢?

解:

对于允许重复关键字的容器,应该用 count ; 对于不允许重复关键字的容器,应该用 find

练习11.28

对一个stringintvectormap,定义并初始化一个变量来保存在其上调用find所返回的结果。

解:

map<string, vector<int>> m;
map<string, vector<int>>::iterator it = m.find("key");

练习11.29

如果给定的关键字不在容器中,upper_boundlower_boundequal_range 分别会返回什么?

解:

如果给定的关键字不在容器中,则 lower_boundupper_bound 会返回相等的迭代器,指向一个不影响排序的关键字插入位置。而equal_range 会返回一个 pairpair 中的两个迭代器都指向关键字可以插入的位置。

练习11.30

对于本节最后一个程序中的输出表达式,解释运算对象pos.first->second的含义。

解:

pos 是一个pairpos.first 是一个迭代器,指向匹配关键字的元素,该元素是一个 pair,访问该元素的第二个成员。

练习11.31

编写程序,定义一个作者及其作品的multimap。使用findmultimap中查找一个元素并用erase删除它。确保你的程序在元素不在map 中时也能正常运行。

解:

#include <map>
#include <string>
#include <iostream>

using std::string;

int main()
{
	std::multimap<string, string> authors{
		{ "alan", "DMA" },
		{ "pezy", "LeetCode" },
		{ "alan", "CLRS" },
		{ "wang", "FTP" },
		{ "pezy", "CP5" },
		{ "wang", "CPP-Concurrency" } };

	string author = "pezy";
	string work = "CP5";

	auto found = authors.find(author);
	auto count = authors.count(author);
	while (count)
	{
		if (found->second == work)
		{
			authors.erase(found);
			break;
		}
		++found;
		--count;
	}

	for (const auto &author : authors)
		std::cout << author.first << " " << author.second << std::endl;

	return 0;
}

练习11.32

使用上一题定义的multimap编写一个程序,按字典序打印作者列表和他们的作品。

解:

#include <map>
#include <set>
#include <string>
#include <iostream>

using std::string;

int main()
{
	std::multimap<string, string> authors{
		{ "alan", "DMA" },
		{ "pezy", "LeetCode" },
		{ "alan", "CLRS" },
		{ "wang", "FTP" },
		{ "pezy", "CP5" },
		{ "wang", "CPP-Concurrency" } };
	std::map<string, std::multiset<string>> order_authors;

	for (const auto &author : authors)
		order_authors[author.first].insert(author.second);

	for (const auto &author : order_authors)
	{
		std::cout << author.first << ": ";
		for (const auto &work : author.second)
			std::cout << work << " ";
		std::cout << std::endl;
	}

	return 0;
}

练习11.33

实现你自己版本的单词转换程序。

解:

#include <map>
#include <string>
#include <fstream> 
#include <iostream>
#include <sstream>

using std::string; using std::ifstream;

std::map<string, string> buildMap(ifstream &map_file)
{
    std::map<string, string> trans_map;
    for (string key, value; map_file >> key && getline(map_file, value); )
        if (value.size() > 1) trans_map[key] = value.substr(1).substr(0, value.find_last_not_of(' '));
    return trans_map;
}

const string & transform(const string &s, const std::map<string, string> &m)
{
    auto map_it = m.find(s);
    return map_it == m.cend() ? s : map_it->second;
}

void word_transform(ifstream &map, ifstream &input)
{
    auto trans_map = buildMap(map);
    for (string text; getline(input, text); ) {
        std::istringstream iss(text);
        for (string word; iss >> word; )
            std::cout << transform(word, trans_map) << " ";
        std::cout << std::endl;
    }
}

int main()
{
    ifstream ifs_map("../data/word_transformation_bad.txt"), ifs_content("../data/given_to_transform.txt");
    if (ifs_map && ifs_content) word_transform(ifs_map, ifs_content);
    else std::cerr << "can't find the documents." << std::endl;
}

练习11.34

如果你将transform 函数中的find替换为下标运算符,会发生什么情况?

解:

如果使用下标运算符,当关键字未在容器中时,会往容器中添加一个新元素。

练习11.35

buildMap中,如果进行如下改写,会有什么效果?

trans_map[key] = value.substr(1);
//改为
trans_map.insert({key, value.substr(1)});

解:

当一个转换规则的关键字多次出现的时候,使用下标运算符会保留最后一次添加的规则,而用insert则保留第一次添加的规则。

练习11.36

我们的程序并没检查输入文件的合法性。特别是,它假定转换规则文件中的规则都是有意义的。如果文件中的某一行包含一个关键字、一个空格,然后就结束了,会发生什么?预测程序的行为并进行验证,再与你的程序进行比较。

解:

如果关键字没有对应的规则,那么程序会抛出一个 runtime_error

练习11.37

一个无序容器与其有序版本相比有何优势?有序版本有何优势?

无序容器拥有更好的性能,有序容器使得元素始终有序。

练习11.38

unordered_map 重写单词计数程序和单词转换程序。

解:

#include <unordered_map>
#include <set>
#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <sstream>

using std::string;

void wordCounting()
{
    std::unordered_map<string, size_t> word_count;
    for (string word; std::cin >> word; ++word_count[word]);
    for (const auto &w : word_count)
        std::cout << w.first << " occurs " << w.second << (w.second > 1 ? "times" : "time") << std::endl;
}

void wordTransformation()
{
    std::ifstream ifs_map("../data/word_transformation.txt"), ifs_content("../data/given_to_transform.txt");
    if (!ifs_map || !ifs_content) {
        std::cerr << "can't find the documents." << std::endl;
        return;
    }
    
    std::unordered_map<string, string> trans_map;
    for (string key, value; ifs_map >> key && getline(ifs_map, value); )
        if (value.size() > 1) trans_map[key] = value.substr(1).substr(0, value.find_last_not_of(' '));
    
    for (string text, word; getline(ifs_content, text); std::cout << std::endl)
        for (std::istringstream iss(text); iss >> word; ) {
            auto map_it = trans_map.find(word);
            std::cout << (map_it == trans_map.cend() ? word : map_it->second) << " ";
        }
}

int main()
{
    //wordCounting();
    wordTransformation();
}