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<h1>C++ STL unordered_set容器完全攻略</h1>
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<div class="pre-next-page clearfix"> </div>
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<div id="arc-body">我们知道，<a href='/cplus/' target='_blank'>C++</a> 11 为 <a href='/stl/' target='_blank'>STL</a> 标准库增添了 4 种无序（哈希）容器，前面已经对 unordered_map 和 unordered_multimap 容器做了详细的介绍，本节再讲解一种无序容器，即 <span style="color:#008000;">unordered_set</span> 容器。<br />
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<br />
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unordered_set 容器，可直译为“无序 set 容器”，即 unordered_set 容器和 set 容器很像，唯一的区别就在于 set 容器会自行对存储的数据进行排序，而 unordered_set 容器不会。<br />
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<br />
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总的来说，unordered_set 容器具有以下几个特性：
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<ol>
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<li>
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不再以键值对的形式存储数据，而是直接存储数据的值；</li>
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<li>
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容器内部存储的各个元素的值都互不相等，且不能被修改。</li>
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<li>
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不会对内部存储的数据进行排序（这和该容器底层采用哈希表结构存储数据有关，可阅读《<a href="/view/7235.html" target="_blank">C++ STL无序容器底层实现原理</a>》一文做详细了解）；</li>
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</ol>
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<blockquote>
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<p>
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对于 unordered_set 容器不以键值对的形式存储数据，读者也可以这样认为，即 unordered_set 存储的都是键和值相等的键值对，为了节省存储空间，该类容器在实际存储时选择只存储每个键值对的值。</p>
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</blockquote>
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另外，实现 unordered_set 容器的模板类定义在<code><unordered_set></code>头文件，并位于 std 命名空间中。这意味着，如果程序中需要使用该类型容器，则首先应该包含如下代码：
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<pre class="cpp">
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#include <unordered_set>
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using namespace std;</pre>
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<blockquote>
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<p>
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注意，第二行代码不是必需的，但如果不用，则程序中只要用到该容器时，必须手动注明 std 命名空间（强烈建议初学者使用）。</p>
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</blockquote>
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unordered_set 容器的类模板定义如下：
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<pre class="cpp">
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template < class Key, //容器中存储元素的类型
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class Hash = hash<Key>, //确定元素存储位置所用的哈希函数
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class Pred = equal_to<Key>, //判断各个元素是否相等所用的函数
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class Alloc = allocator<Key> //指定分配器对象的类型
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> class unordered_set;</pre>
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可以看到，以上 4 个参数中，只有第一个参数没有默认值，这意味着如果我们想创建一个 unordered_set 容器，至少需要手动传递 1 个参数。事实上，在 99% 的实际场景中最多只需要使用前 3 个参数（各自含义如表 1 所示），最后一个参数保持默认值即可。<br />
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<br />
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<table>
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<caption>
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表 1 unordered_set模板类定义</caption>
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<tbody>
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<tr>
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<th>
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参数</th>
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<th>
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含义</th>
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</tr>
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<tr>
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<td>
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Key</td>
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<td>
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||
确定容器存储元素的类型，如果读者将 unordered_set 看做是存储键和值相同的键值对的容器，则此参数则用于确定各个键值对的键和值的类型，因为它们是完全相同的，因此一定是同一数据类型的数据。</td>
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</tr>
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||
<tr>
|
||
<td>
|
||
Hash = hash<Key></td>
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||
<td>
|
||
指定 unordered_set 容器底层存储各个元素时，所使用的哈希函数。需要注意的是，默认哈希函数 hash<Key> 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。</td>
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||
</tr>
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||
<tr>
|
||
<td>
|
||
Pred = equal_to<Key></td>
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||
<td>
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||
unordered_set 容器内部不能存储相等的元素，而衡量 2 个元素是否相等的标准，取决于该参数指定的函数。 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。</td>
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||
</tr>
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||
</tbody>
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</table>
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||
<blockquote>
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||
<p>
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||
注意，如果 unordered_set 容器中存储的元素为自定义的数据类型，则默认的哈希函数 hash<key> 以及比较函数 equal_to<key> 将不再适用，只能自己设计适用该类型的哈希函数和比较函数，并显式传递给 Hash 参数和 Pred 参数。至于如何实现自定义，后续章节会做详细讲解。</p>
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</blockquote>
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<h2>
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创建C++ unordered_set容器</h2>
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前面介绍了如何创建 unordered_map 和 unordered_multimap 容器，值得一提的是，创建它们的所有方式完全适用于 unordereded_set 容器。不过，考虑到一些读者可能尚未学习其它无序容器，因此这里还是讲解一下创建 unordered_set 容器的几种方法。<br />
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<br />
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1) 通过调用 unordered_set 模板类的默认构造函数，可以创建空的 unordered_set 容器。比如：
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<pre class="cpp">
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std::unordered_set<std::string> uset;</pre>
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<blockquote>
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<p>
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如果程序已经引入了 std 命名空间，这里可以省略所有的 std::。</p>
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||
</blockquote>
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由此，就创建好了一个可存储 string 类型值的 unordered_set 容器，该容器底层采用默认的哈希函数 hash<Key> 和比较函数 equal_to<Key>。<br />
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<br />
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2) 当然，在创建 unordered_set 容器的同时，可以完成初始化操作。比如：
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<pre class="cpp">
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std::unordered_set<std::string> uset{ "http://c.biancheng.net/c/",
|
||
"http://c.biancheng.net/java/",
|
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"http://c.biancheng.net/linux/" };</pre>
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通过此方法创建的 uset 容器中，就包含有 3 个 string 类型元素。<br />
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<br />
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3) 还可以调用 unordered_set 模板中提供的复制（拷贝）构造函数，将现有 unordered_set 容器中存储的元素全部用于为新建 unordered_set 容器初始化。<br />
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<br />
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例如，在第二种方式创建好 uset 容器的基础上，再创建并初始化一个 uset2 容器：
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<pre class="cpp">
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std::unordered_set<std::string> uset2(uset);</pre>
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由此，umap2 容器中就包含有 umap 容器中所有的元素。<br />
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<br />
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除此之外，C++ 11 标准中还向 unordered_set 模板类增加了移动构造函数，即以右值引用的方式，利用临时 unordered_set 容器中存储的所有元素，给新建容器初始化。例如：
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<pre class="cpp">
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//返回临时 unordered_set 容器的函数
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std::unordered_set <std::string> retuset() {
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std::unordered_set<std::string> tempuset{ "http://c.biancheng.net/c/",
|
||
"http://c.biancheng.net/java/",
|
||
"http://c.biancheng.net/linux/" };
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||
return tempuset;
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||
}
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||
//调用移动构造函数，创建 uset 容器
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std::unordered_set<std::string> uset(retuset());</pre>
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<blockquote>
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<p>
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注意，无论是调用复制构造函数还是拷贝构造函数，必须保证 2 个容器的类型完全相同。</p>
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</blockquote>
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<br />
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4) 当然，如果不想全部拷贝，可以使用 unordered_set 类模板提供的迭代器，在现有 unordered_set 容器中选择部分区域内的元素，为新建 unordered_set 容器初始化。例如：
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<pre class="cpp">
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//传入 2 个迭代器，
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std::unordered_set<std::string> uset2(++uset.begin(),uset.end());</pre>
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通过此方式创建的 uset2 容器，其内部就包含 uset 容器中除第 1 个元素外的所有其它元素。<br />
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<h2>
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||
C++ unordered_set容器的成员方法</h2>
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unordered_set 类模板中，提供了如表 2 所示的成员方法。<br />
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<br />
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<table>
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<caption>
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表 2 unordered_set 类模板成员方法</caption>
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<tbody>
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<tr>
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<th>
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||
成员方法</th>
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||
<th>
|
||
功能</th>
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||
</tr>
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||
<tr>
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||
<td>
|
||
begin()</td>
|
||
<td>
|
||
返回指向容器中第一个元素的正向迭代器。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
end();</td>
|
||
<td>
|
||
返回指向容器中最后一个元素之后位置的正向迭代器。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
cbegin()</td>
|
||
<td>
|
||
和 begin() 功能相同，只不过其返回的是 const 类型的正向迭代器。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
cend()</td>
|
||
<td>
|
||
和 end() 功能相同，只不过其返回的是 const 类型的正向迭代器。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
empty()</td>
|
||
<td>
|
||
若容器为空，则返回 true；否则 false。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
size()</td>
|
||
<td>
|
||
返回当前容器中存有元素的个数。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
max_size()</td>
|
||
<td>
|
||
返回容器所能容纳元素的最大个数，不同的操作系统，其返回值亦不相同。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
find(key)</td>
|
||
<td>
|
||
查找以值为 key 的元素，如果找到，则返回一个指向该元素的正向迭代器；反之，则返回一个指向容器中最后一个元素之后位置的迭代器（如果 end() 方法返回的迭代器）。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
count(key)</td>
|
||
<td>
|
||
在容器中查找值为 key 的元素的个数。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
equal_range(key)</td>
|
||
<td>
|
||
返回一个 pair 对象，其包含 2 个迭代器，用于表明当前容器中值为 key 的元素所在的范围。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
emplace()</td>
|
||
<td>
|
||
向容器中添加新元素，效率比 insert() 方法高。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
emplace_hint()</td>
|
||
<td>
|
||
向容器中添加新元素，效率比 insert() 方法高。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
insert()</td>
|
||
<td>
|
||
向容器中添加新元素。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
erase()</td>
|
||
<td>
|
||
删除指定元素。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
clear()</td>
|
||
<td>
|
||
清空容器，即删除容器中存储的所有元素。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
swap()</td>
|
||
<td>
|
||
交换 2 个 unordered_set 容器存储的元素，前提是必须保证这 2 个容器的类型完全相等。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
bucket_count()</td>
|
||
<td>
|
||
返回当前容器底层存储元素时，使用桶（一个线性链表代表一个桶）的数量。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
max_bucket_count()</td>
|
||
<td>
|
||
返回当前系统中，unordered_set 容器底层最多可以使用多少桶。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
bucket_size(n)</td>
|
||
<td>
|
||
返回第 n 个桶中存储元素的数量。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
bucket(key)</td>
|
||
<td>
|
||
返回值为 key 的元素所在桶的编号。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
load_factor()</td>
|
||
<td>
|
||
返回 unordered_set 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元素的数量（size()）和使用桶数（bucket_count()）的比值，即 load_factor() = size() / bucket_count()。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
max_load_factor()</td>
|
||
<td>
|
||
返回或者设置当前 unordered_set 容器的负载因子。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
rehash(n)</td>
|
||
<td>
|
||
将当前容器底层使用桶的数量设置为 n。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
reserve()</td>
|
||
<td>
|
||
将存储桶的数量（也就是 bucket_count() 方法的返回值）设置为至少容纳 count 个元（不超过最大负载因子）所需的数量，并重新整理容器。</td>
|
||
</tr>
|
||
<tr>
|
||
<td>
|
||
hash_function()</td>
|
||
<td>
|
||
返回当前容器使用的哈希函数对象。</td>
|
||
</tr>
|
||
</tbody>
|
||
</table>
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||
<br />
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||
注意，此容器模板类中没有重载 [ ] 运算符，也没有提供 at() 成员方法。不仅如此，由于 unordered_set 容器内部存储的元素值不能被修改，因此无论使用那个迭代器方法获得的迭代器，都不能用于修改容器中元素的值。<br />
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<br />
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另外，对于实现互换 2 个相同类型 unordered_set 容器的所有元素，除了调用表 2 中的 swap() 成员方法外，还可以使用 STL 标准库提供的 swap() 非成员函数，它们具有相同的名称，用法也相同（都只需要传入 2 个参数即可），仅是调用方式上有差别。<br />
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<br />
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下面的样例演示了表 2 中部分成员方法的用法：<br />
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<pre class="cpp">
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#include <iostream>
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#include <string>
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||
#include <unordered_set>
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using namespace std;
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int main()
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{
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//创建一个空的unordered_set容器
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std::unordered_set<std::string> uset;
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//给 uset 容器添加数据
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uset.emplace("http://c.biancheng.net/java/");
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uset.emplace("http://c.biancheng.net/c/");
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uset.emplace("http://c.biancheng.net/python/");
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//查看当前 uset 容器存储元素的个数
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cout << "uset size = " << uset.size() << endl;
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//遍历输出 uset 容器存储的所有元素
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<a href='/view/1811.html' target='_blank'>for</a> (auto iter = uset.begin(); iter != uset.end(); ++iter) {
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cout << *iter << endl;
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}
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return 0;
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}</pre>
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||
程序执行结果为：
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<p class="info-box">
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uset size = 3<br />
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||
http://c.biancheng.net/java/<br />
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||
http://c.biancheng.net/c/<br />
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||
http://c.biancheng.net/python/</p>
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||
<blockquote>
|
||
<p>
|
||
注意，表 2 中绝大多数成员方法的用法，都和 unordered_map 容器提供的同名成员方法相同，读者可翻阅前面的文章做详细了解，当然也可以到<a href="http://www.cplusplus.com/reference/unordered_set/unordered_set/" target="_blank"> C++<br />
|
||
STL标准库官网</a>查询。</p>
|
||
</blockquote>
|
||
</div> |