第十一章关联容器

第十一章关联容器

练习11.1

描述map和vector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list、vector、deque、map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map和set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set和list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>::iterator 到 int 的map吗？list<int>::iterator 到 int 的map呢？对于两种情况，如果不能，解释为什么。

解：

可以定义 vector<int>::iterator 到 int 的map，但是不能定义 list<int>::iterator 到 int 的map。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string和int的序列，将每个string和int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pair的vector，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int到vector<int>的map，其mapped_type、key_type和 value_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string的multiset，v 是一个string 的vector，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auto 或 decltype。

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 bookstore 的multiset 调用begin()来初始化这个变量。写出变量的类型，不要使用auto 或 decltype。

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string到size_t的map，word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);
}

若insert成功：先添加一个元素，然后返回一个 pair，pair 的 first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pair的second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string到int的vector的map，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_bound、lower_bound 和 equal_range 分别会返回什么？

解：

如果给定的关键字不在容器中，则 lower_bound和 upper_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 pair，pair 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pair，pos.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find在multimap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

在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

用 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();
}

ch11-练习

第十一章 关联容器