C++ STL unordered_multimap容器精讲

2年前 (2024-04-28)
C++ STL 标准库中，除了提供有 unordered_map 无序关联容器，还提供有和 unordered_map 容器非常相似的 unordered_multimap 无序关联容器。

和 unordered_map 容器一样，unordered_multimap 容器也以键值对的形式存储数据，且底层也采用哈希表结构存储各个键值对。两者的不同之处在于，unordered_multimap 容器可以存储多个键相等的键值对，而 unordered_map 容器不行。

《深度剖析C++ STL无序容器底层原理》一文提到，无序容器中存储的各个键值对，都会哈希存到各个桶（本质为链表）中。而对于 unordered_multimap 容器来说，其存储的所有键值对中，键相等的键值对会被哈希到同一个桶中存储。

另外值得一提得是，STL 标准库中实现 unordered_multimap 容器的模板类并没有定义在以自己名称名的头文件中，而是和 unordered_map 容器一样，定义在<unordered_map>头文件，且位于 std 名空间中。因此，在使用 unordered_multimap 容器之前，程序中应包含如下 2 行代码：
#include <unordered_map>
using namespace std;

注意，第二行代码不是必需的，但如果不用，则后续程序中在使用此容器时，需手动注明 std 名空间（强烈建议初学者使用）。

unordered_multimap 容器模板的定义如下所示：

template < class Key,      //键（key）的类型
class T,        //值（value）的类型
class Hash = hash<Key>,  //底层存储键值对时采用的哈希函数
class Pred = equal_to<Key>,  //判断各个键值对的键相等的规则
class Alloc = allocator< pair<const Key,T> > // 指定分配器对象的类型
> class unordered_multimap;

以上 5 个参数中，必须显式给前 2 个参数传值，且除极个别的情况外，最多只使用前 4 个参数，它们各自的含义和功能如表 1 所示。

表 1 unordered_multimap 容器模板类的常用参数

参数

含义

<key,T>

前 2 个参数分别用于确定键值对中键和值的类型，也就是存储键值对的类型。

Hash = hash<Key>

用于指明容器在存储各个键值对时要使用的哈希函数，默认使用 STL 标准库提供的 hash<key> 哈希函数。注意，默认哈希函数只适用于基本数据类型（包括 string 类型），而不适用于自定义的结构体或者类。

Pred = equal_to<Key>

unordered_multimap 容器可以存储多个键相等的键值对，而判断是否相等的规则，由此参数指定。默认情况下，使用 STL 标准库中提供的 equal_to<key> 规则，该规则仅支持可直接用 == 运算符做比较的数据类型。


注意，当 unordered_multimap 容器中存储键值对的键为自定义类型时，默认的哈希函数 hash<key> 以及比较函数 equal_to<key> 将不再适用，这种情况下，需要我们自定义适用的哈希函数和比较函数，并分别显式传递给 Hash 参数和 Pred 参数。

关于给 unordered_multimap 容器自定义哈希函数和比较函数的方法，后续章节会做详细讲解。

创建C++ unordered_multimap容器的方法

常见的创建 unordered_map 容器的方法有以下几种。

1) 利用 unordered_multimap 容器类模板中的默认构造函数，可以创建空的 unordered_multimap 容器。比如：
std::unordered_multimap<std::string, std::string>myummap;

如果程序中已经默认指定了 std 令空间，这里可以省略所有的 std::。

由此，就创建好了一个可存储 <string, string> 类型键值对的 unordered_multimap 容器，只不过当前容器是空的，即没有存储任何键值对。

2) 当然，在创建空 unordered_multimap 容器的基础上，可以完成初始化操作。比如：

unordered_multimap<string, string>myummap{
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unordered_multimap<string, string>myummap2(myummap);

由此，刚刚创建好的 myummap2 容器中，就包含有 myummap 容器中所有的键值对。

除此之外，C++ 11 标准中还向 unordered_multimap 模板类增加了移动构造函数，即以右值引用的方式将临时 unordered_multimap 容器中存储的所有键值对，全部给新建容器。例如：

//返回临时 unordered_multimap 容器的函数
std::unordered_multimap <std::string, std::string > retUmmap() {
std::unordered_multimap<std::string, std::string>tempummap{
{"Python教程","http://c.biancheng网站站点" rel="nofollow"  />   
//传入 2 个迭代器，
std::unordered_multimap<std::string, std::string> myummap2(++myummap.begin(), myummap.end());

通过此方式创建的 myummap2 容器，其内部就包含 myummap 容器中除第 1 个键值对外的所有其它键值对。

C++ unordered_multimap容器的成员方法

和 unordered_map 容器相比，unordered_multimap 容器的类模板中没有重载 [ ] 运算符，也没有提供 at() 成员方法，除此之外它们完全一致。

没有提供 [ ] 运算符和 at() 成员方法，意味着 unordered_multimap 容器无法通过指定键获取该键对应的值，因为该容器允许存储多个键相等的键值对，每个指定的键可能对应多个不同的值。

unordered_multimap 类模板提供的成员方法如表 2 所示。  

表 2 unordered_multimap类模板成员方法

成员方法

功能

begin()

返回指向容器中个键值对的正向迭代器。

end() 

返回指向容器中一个键值对之后位置的正向迭代器。

cbegin()

和 begin() 功能相同，只不过在其基础上增加了 const 属性，即该方法返回的迭代器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，即该方法返回的迭代器不能用于修改容器内存储的键值对。

empty()

若容器为空，则返回 true；否则 false。

size()

返回当前容器中存有键值对的个数。

max_size()

返回容器所能容纳键值对的个数，不同的操作系统，其返回值亦不相同。

find(key)

查找以 key 为键的键值对，如果找到，则返回一个指向该键值对的正向迭代器；反之，则返回一个指向容器中一个键值对之后位置的迭代器（如果 end() 方法返回的迭代器）。

count(key)

在容器中查找以 key 键的键值对的个数。

equal_range(key)

返回一个 pair 对象，其包含 2 个迭代器，用于表明当前容器中键为 key 的键值对所在的范围。

emplace()

向容器中添加新键值对，效率比 insert() 方法高。

emplace_hint()

向容器中添加新键值对，效率比 insert() 方法高。

insert() 

向容器中添加新键值对。

erase()

删除指定键值对。

clear() 

清空容器，即删除容器中存储的所有键值对。

swap()

交换 2 个 unordered_multimap 容器存储的键值对，前提是必须保证这 2 个容器的类型完全相等。

bucket_count()

返回当前容器底层存储键值对时，使用桶（一个线性链表代表一个桶）的数量。

max_bucket_count()

返回当前系统中，unordered_multimap 容器底层最多可以使用多少桶。

bucket_size(n)

返回第 n 个桶中存储键值对的数量。

bucket(key)

返回以 key 为键的键值对所在桶的编号。

load_factor()

返回 unordered_multimap 容器中当前的负载因子。负载因子，指的是的当前容器中存储键值对的数量（size()）和使用桶数（bucket_count()）的比值，即 load_factor() = size() / bucket_count()。

max_load_factor()

返回或者设置当前 unordered_multimap 容器的负载因子。

rehash(n)

将当前容器底层使用桶的数量设置为 n。

reserve()

将存储桶的数量（也就是 bucket_count() 方法的返回值）设置为少容纳count个元（不超过负载因子）所需的数量，并重新整理容器。

hash_function()

返回当前容器使用的哈希函数对象。

注意，对于实现互换 2 个相同类型 unordered_multimap 容器的键值对，除了可以调用该容器模板类中提供的 swap() 成员方法外，STL 标准库还提供了同名的 swap() 非成员函数。


下面的样例演示了表 2 中部分成员方法的用法：
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main()
{
//创建空容器
std::unordered_multimap<std::string, std::string> myummap;
//向空容器中连续添加 5 个键值对
myummap.emplace("Python教程", "http://c.biancheng网站站点" rel="nofollow"  />     myummmap size = 5
Python教程 http://c.biancheng网站站点" rel="nofollow"  />     
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