C++面试八股文:用过std::set/std::map吗?

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第27面:

面试官:用过std::set/std::map吗?

二师兄:用过。

面试官:能介绍一下二者吗?

二师兄:std::set是一个有序的集合,其中的元素是唯一的,即每个元素只能出现一次。一般用于去重和自动排序。

二师兄:std::map同样是有序组合,只不过它不止有key,每个key还对用一个value。其中key是唯一,不可重复,但是value却没有限制。key/value也被称为键值对。

面试官:知道他们底层使用什么数据结构存储数据的吗?

二师兄:两者都是使用红黑树作为底层的数据结构。红黑树是一种自动平衡的二叉树,它确保插入、删除和查找操作的时间复杂度都是O(log n)

面试官:set/map对于key的类型有什么要求吗?

二师兄:因为set/map被称为有序容器,所以对插入进去的key有排序的要求。一般需要为类型实现<比较方法,以下代码无法通过编译:

#include <iostream>
#include <set>
struct Foo
{
    Foo(int v):val(v){}
    int val;
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
    std::set<Foo> iset;
    iset.insert(Foo(1024));
    iset.insert(Foo(42));
    for(auto it = iset.begin(); it != iset.end(); ++it)
    {
        std::cout << it->val << std::endl;
    }
    return 0;
}

二师兄:此时需要为Foo类型实现bool operator<(const T&, const T&)函数,才能通过编译:

bool operator<(const Foo& lhs,const Foo& rhs) {return lhs.val < rhs.val;}

面试官:按照你的方法,可以实现从小到大的排序。如何实现从大到小的排序?

二师兄:set/map类模板的第二个模板参数可以传入比较类型,默认比较类型是std::less<_Key>,我们可以传入std::greater<T>,此时需要实现bool operator>(const T&, const T&)函数。

二师兄:还有一种方法是手写一个仿函数,重载bool operator()(const T, const T) const函数用于比较两者的大小:

struct Comp
{
    bool operator()(const Foo& lhs, const Foo& rhs) const
    {
        return lhs.val > rhs.val;
    }
};
std::set<Foo,Comp> iset;

面试官:可以修改map中的key吗?

二师兄:不可以。因为map中的keyconst的。强制修改(取地址,const_cast转非const指针,解引用赋值)会造未知的错误。

面试官:当map中不存在某个key时,对map使用map[key]操作会有什么后果?

二师兄:会在map中增加一个键值对,键名为key,值是传入的value类型的默认值。

面试官:如果不希望删除重复的key,有什么办法?

二师兄:STL中提供了std::multisetstd::multimap两个容器,可以存入key相同的多个元素。

面试官:在std::multimap中如何通过key查找value

二师兄:multimap提供了equal_range方法,此方法返回一个pair,分别对应2个迭代器。通过循环迭代器来获取key对应的所有value

#include <iostream>
#include <map>
int main() {
    std::multimap<int, std::string> mmap;
    mmap.insert(std::make_pair(1, "1"));
    mmap.insert(std::make_pair(2, "2"));
    mmap.insert(std::make_pair(3, "3"));
    mmap.insert(std::make_pair(1, "1"));
    auto range = mmap.equal_range(1);
    for (auto it = range.first; it != range.second; ++it) {
        std::cout << it->second << std::endl;
    }
    return 0;
}

面试官:最后一个问题,你觉得单纯的查询而言,是vector快还是map快?

二师兄:当然是map快,因为vector的查询的时间复杂度是O(n),而map是O(logn)

面试官:好的,今天面试结束了,回去等通知吧。

让我们看看最后一个问题:

单纯的查询而言,是vector快还是map快?

这里二师兄的是标准答案,实际上当数据量特别大的时候,的确map是更好的选择。

但当数据量没那么大的时候(少于1000条记录),vector要比map查询速度快。原因我们在之前的面试文章中讲过,vector内存连续,缓存更友好。map底层是红黑树,内存并不连续。

当数据量小的时候,算法的优势没有抵消缓存的劣势,所以vector在数据量小的时候更胜一筹。

“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。小伙伴们,一起努力吧!

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