如何制作一个 C++ 映射容器，其中键是值的一部分？

Question

我想存储一堆键值对象，但是值对象本身（和对它的引用）知道它的键。 我还想有效地查找仅给定键的这些对象。

class SomeObject
{
private:
    //String or integer. int seem cheap enough to duplicate with std::map, but
    //strings seem pretty expensive when there may be thousands of objects in existence.
    //Reference/Pointer to key is fine
    const SomeOtherObject key;
    ...other stuff...
public:
    ...methods, some of which use the key in some way...
};

• 标准::地图
  • 似乎要求存储是 std::pair，这样值就不能访问密钥。 如果值包含键，则需要复制它。
  • 实际上并不强制值中的键不会以某种方式改变
• 标准::设置
  • 看起来是一个非常好的解决方案，使用自定义比较方法按键提供唯一性，直到您意识到它使您的整个值成为常量，而不仅仅是键字段。
• std::vector （或其他类似数组/列表的解决方案）
  • 可以使用线性搜索，或者如果项目保持排序，则进行二分搜索。 但是，我怀疑这在性能方面并不是最佳的，并且需要某种额外的层来真正实现所需的行为。

Answer 1

C++14 std::set::find非键搜索

如http://en.cppreference.com/w/cpp/container/set/find所述，C++14 添加了两个新的find API：

主程序

template< class K > iterator find( const K& x );
template< class K > const_iterator find( const K& x ) const;

这允许您执行以下操作：

主程序

#include <cassert>
#include <set>

class Point {
    public:
        // Note that there is _no_ conversion constructor,
        // everything is done at the template level without
        // intermediate object creation.
        //Point(int x) : x(x) {}
        Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}
        int x;
        int y;
};
bool operator<(const Point& c, int x) { return c.x < x; }
bool operator<(int x, const Point& c) { return x < c.x; }
bool operator<(const Point& c, const Point& d) {
    return c.x < d;
}

int main() {
    // std::less<> because of:
    // https://stackoverflow.com/questions/20317413/what-are-transparent-comparators
    std::set<Point, std::less<>> s;
    s.insert(Point(1, -1));
    s.insert(Point(2, -2));
    s.insert(Point(0,  0));
    s.insert(Point(3, -3));
    assert(s.find(0)->y ==  0);
    assert(s.find(1)->y == -1);
    assert(s.find(2)->y == -2);
    assert(s.find(3)->y == -3);
    // Ignore 1234, find 1.
    assert(s.find(Point(1, 1234))->y == -1);
}

在 Ubuntu 16.10、 g++ 6.2.0 上测试，使用：

g++ -std=c++14 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.cpp
./main.out

使用自定义类而不是less<>

这使事情更加明确，并允许您为每个类编写多个比较器：

#include <cassert>
#include <set>

class Point {
    public:
        Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}
        int x;
        int y;
};

struct PointCmpY {
    // https://stackoverflow.com/questions/20317413/what-are-transparent-comparators
    typedef std::true_type is_transparent;
    bool operator()(const Point& lhs, int rhs) const {
        return lhs.y < rhs;
    }
    bool operator()(int lhs, const Point& rhs) const {
        return lhs < rhs.y;
    }
    bool operator()(const Point& lhs, const Point& rhs) const {
        return lhs.y < rhs.y;
    }
};

int main() {
    std::set<Point, PointCmpY> s;
    s.insert(Point(1, -1));
    s.insert(Point(2, -2));
    s.insert(Point(0,  0));
    s.insert(Point(3, -3));
    assert(s.find(0)->x == 0);
    assert(s.find(-1)->x == 1);
    assert(s.find(-2)->x == 2);
    assert(s.find(-3)->x == 3);
    assert(s.find(Point(1234, -1))->x == 1);
}

也可以看看

• 是否可以使用与 std::set 中包含的类型不同的元素来执行搜索和删除？
• 针对 unique_ptrs 集的原始指针查找
• 通过多个键索引对象： 如何通过多个键索引和查询 STL 映射容器？
• 有效地实现双映射：双向映射有更有效的实现吗？

Answer 2

我感觉到你的痛苦。 让我生气的是set和map总是使用相同的数据结构在引擎盖下实现，这是一个用键提取器参数化的值tree 。 不幸的是，标准中没有这样的东西。

如果 boost 没问题，请使用Boost.MultiIndex来实现您的需求。 也看看Boost.Intrusive 。

Answer 3

C++ 提供了mutable关键字，允许您使用第二种解决方案—— set 。 在您的项目类中将您的值声明为mutable将允许修改它，即使该项目是const 。 另请参阅：除了允许 const 函数修改变量之外，“mutable”关键字还有其他用途吗？

或者，更简单的是，为您的值实现一个访问器， const_cast远离项目的常量性。

Answer 4

...但是值对象本身（和对它的引用）知道它的键

地图：

对象无法知道“它的”键，因为指向同一个对象的指针可能会被添加到多个映射中，使用不同的键。 密钥属于地图； 不是对象。

放：

当这个成员的值发生变化时会发生什么？ 您将如何强制重新索引？ 这就是 set 强制执行常量的原因。

——

您正在尝试根据其成员之一对给定类的项目进行索引，但您不想复制此成员用于索引目的，并且您不想使对象成为 const（我假设您确实想要使成员为 const）。

我会在红黑树或 AVL 树上构建它。

我对 ybungalobill 建议的 Boost.MultiIndex 不够熟悉。 我不确定它的实例化代码是否复制了索引成员，或者它如何处理该成员的值更改。