Перейти к содержанию

Последнее обновление：2026-10-12

STL set и multiset

set/multiset построены на базе rb_tree, поэтому обладают свойством автоматической сортировки элементов. Основой сортировки служит key, а у элементов set/multiset value и key объединены воедино: value и есть key.

Мы не можем изменять значения элементов через iterators контейнеров set/multiset (поскольку key подчиняется своим строгим правилам упорядочивания). Итератор set/multiset — это const-iterator нижележащего RB tree, именно чтобы запретить пользователю присваивать значения элементам.

key элемента set должен быть уникальным, поэтому его insert использует _M_insert_unique() из rb_tree, тогда как key элемента multiset может повторяться, и его insert использует _M_insert_equal() из rb_tree.

1. set

Исходники set довольно просты, поэтому пойдём от следующих вопросов.

Первый вопрос: key — это value, и value — это key.

Конкретный код будет во втором вопросе; здесь покажем внутреннюю логику привычного нам кода: мы видим, что внутри есть красно-чёрное дерево, а в его определении key и value совпадают — это и есть ответ на вопрос. (typedef в исходниках все берутся от key).

template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,
    typename _Alloc = std::allocator<_Key> >
class set
{
    // concept requirements
    typedef typename _Alloc::value_type                   _Alloc_value_type;

public:
    // typedefs:
    //@{
    /// Public typedefs.
    typedef _Key     key_type;
    typedef _Key     value_type; // value也是key
    typedef _Compare key_compare;
    typedef _Compare value_compare;
    typedef _Alloc   allocator_type;
    //@}

private:

    typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Identity<value_type>,
            key_compare, _Key_alloc_type> _Rep_type;
    _Rep_type _M_t;  // Red-black tree representing set.
};

set_key.png

Второй вопрос: невозможно изменить значение элемента с помощью итератора.

То, что значение элемента нельзя изменить через итератор, мы увидим, взглянув на дальнейшие итераторы: везде используется const_iterator, — так что и на второй вопрос получен ответ.

template<typename _Key, typename _Compare = std::less<_Key>,
    typename _Alloc = std::allocator<_Key> >
class set
{
private:

    typedef _Rb_tree<key_type, value_type, _Identity<value_type>,
            key_compare, _Key_alloc_type> _Rep_type;
    _Rep_type _M_t;  // Red-black tree representing set.

public:
    typedef typename _Rep_type::const_iterator            iterator;
    typedef typename _Rep_type::const_iterator            const_iterator;
    typedef typename _Rep_type::const_reverse_iterator    reverse_iterator;
    typedef typename _Rep_type::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
};

После проведённого анализа вспоминаются queue, priority_queue, stack: все они используют нижележащие контейнеры и потому называются адаптерами контейнеров. set тоже использует нижележащий контейнер, поэтому его тоже можно назвать container adapter, то есть адаптером контейнера.

Третий вопрос: вставляемый key уникален.

Внизу вызывается _M_insert_unique. 

template<typename _InputIterator>
set(_InputIterator __first, _InputIterator __last)
: _M_t()
{ _M_t._M_insert_unique(__first, __last); }

Взглянем кратко на реализацию этой функции: Ниже _M_get_insert_unique_pos возвращает pair; если вставляемый key совпадает с существующим, second пары равен 0, и по тому, равен ли он нулю, можно судить о повторе key. В коде ниже при проверке, когда second не равен 0, то есть повтора нет, можно вставлять напрямую: тут же конструируется pair с second, равным true, иначе конструируется pair с second, равным false.

template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,
     typename _Compare, typename _Alloc>
#if __cplusplus >= 201103L
template<typename _Arg>
#endif
pair<typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
               _Compare, _Alloc>::iterator, bool>
_Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
_M_insert_unique( _Arg && __v )

{
    typedef pair<iterator, bool> _Res;
    pair<_Base_ptr, _Base_ptr> __res
        = _M_get_insert_unique_pos( _KeyOfValue() ( __v ) );

    if ( __res.second )
        return(_Res( _M_insert_( __res.first, __res.second,
                     _GLIBCXX_FORWARD( _Arg, __v ) ),
                 true ) );

    return(_Res( iterator( static_cast<_Link_type>(__res.first) ), false ) );
}

Посмотрим и на упомянутую выше функцию: 

template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,typename _Compare, typename _Alloc>
pair<typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
_Compare, _Alloc>::_Base_ptr,typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,Compare, _Alloc>::_Base_ptr>
_Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
_M_get_insert_unique_pos(const key_type& __k)
{
    // typedef pair
    typedef pair<_Base_ptr, _Base_ptr> _Res;
    // _x表示当前节点,_y表示_x的父节点
    _Link_type __x = _M_begin();
    _Link_type __y = _M_end();
    bool __comp = true;

    // 寻找插入点
    while (__x != 0)
    {
        __y = __x;
        // __k<__x是否为true
        __comp = _M_impl._M_key_compare(__k, _S_key(__x));
        // __k<__x就往左孩子查找，否则右孩子查找
        __x = __comp ? _S_left(__x) : _S_right(__x);
    }
    iterator __j = iterator(__y);
    // __k<__y，往__y的左孩子插入节点即可，不是做插入，是找到位置即可。
    if (__comp)
    {
        // 特殊位置
        if (__j == begin())
        return _Res(__x, __y);
        else
        --__j;  // 左孩子 这里调用了--操作符
    }
    // __j<__k，返回当前节(__x=0)点与父节点
    if (_M_impl._M_key_compare(_S_key(__j._M_node), __k))
        return _Res(__x, __y);
    // _j>=__k,插入失败
    return _Res(__j._M_node, 0);
}

Использование pair выше натолкнуло меня на мысль — оказывается, так можно; давайте изучим: 

cout<<"flag: "<<itree._M_insert_unique(5).second<<endl;  // 学习返回值
typedef pair<int ,bool> _Res;    // 也来用一下typedef后的pair
cout<<_Res(1,true).first<<endl;  // 直接包裹
_Res r=make_pair(2,false);    // 定义新对象
cout<<r.first<<endl;   // 输出结果

2. multiset

Аналогично, определение multiset в целом похоже на set; отличие в том, что для вставки используется другая функция — именно она и позволяет ему выполнять вставку повторяющихся key!

 template<typename _InputIterator>
multiset(_InputIterator __first, _InputIterator __last)
: _M_t()
{ _M_t._M_insert_equal(__first, __last); }
Разберём ниже _M_insert_equal:

typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::iterator
_Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
_M_insert_equal(_Arg&& __v)
{
    pair<_Base_ptr, _Base_ptr> __res = _M_get_insert_equal_pos(_KeyOfValue()(__v));
    return _M_insert_(__res.first, __res.second, _GLIBCXX_FORWARD(_Arg, __v));
}

Продолжим отслеживать упомянутую выше функцию _M_get_insert_equal_pos:

template<typename _Key, typename _Val, typename _KeyOfValue,
typename _Compare, typename _Alloc>
pair<typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
_Compare, _Alloc>::_Base_ptr,
typename _Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue,
_Compare, _Alloc>::_Base_ptr>
_Rb_tree<_Key, _Val, _KeyOfValue, _Compare, _Alloc>::
_M_get_insert_equal_pos(const key_type& __k)
{
    typedef pair<_Base_ptr, _Base_ptr> _Res;
    _Link_type __x = _M_begin();
    _Link_type __y = _M_end();
    while (__x != 0)
    {
        __y = __x;
        __x = _M_impl._M_key_compare(__k, _S_key(__x)) ?
            _S_left(__x) : _S_right(__x);
    }
    return _Res(__x, __y);
}
Сравнив эти функции multiset и set, обнаруживаем значительное различие в возвращаемом pair: прежнему set нужно было возвращать, успешна ли в итоге вставка, поскольку key не могут повторяться, а multiset не нужно возвращать признак успеха вставки, поэтому в pair нет типа bool — он напрямую возвращает pair из точки вставки. Отсюда, по сравнению с прежним, сколько бы key у вас ни было и как бы они ни повторялись, всё будет вставлено.

Похожие темы

Комментарии