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C++中set与map的自定义排序方法详解

news 2025/9/16 22:10:16

在C++标准模板库(STL)中，set和map是两种常用的关联容器，它们默认按照键的升序进行排序。但在实际开发中，我们经常需要根据特定需求对元素进行自定义排序。本文将详细介绍如何为set和map实现自定义排序。

默认排序行为

在深入了解自定义排序之前，我们先看一下set和map的默认行为：

#include <iostream>
#include <set>
#include <map>int main() {// 默认升序排列的setstd::set<int> defaultSet = {3, 1, 4, 1, 5, 9};for (int num : defaultSet) {std::cout << num << " "; // 输出: 1 3 4 5 9}std::cout << std::endl;// 默认升序排列的mapstd::map<int, std::string> defaultMap = {{3, "three"},{1, "one"},{4, "four"}};for (auto& pair : defaultMap) {std::cout << pair.first << ":" << pair.second << " "; // 输出: 1:one 3:three 4:four}return 0;
}

实现自定义排序

C++提供了两种主要方式来实现自定义排序：

1. 使用函数对象（Functor）

函数对象是一个重载了函数调用操作符(())的类，可以作为比较器传递给set或map。

#include <iostream>
#include <set>
#include <map>// 降序排序的函数对象
struct DescendingOrder {bool operator()(int a, int b) const {return a > b; // 降序排列}
};// 按字符串长度排序的函数对象
struct StringLengthComparator {bool operator()(const std::string& a, const std::string& b) const {return a.length() < b.length(); // 按长度升序}
};int main() {// 使用自定义排序的set（降序）std::set<int, DescendingOrder> customSet = {3, 1, 4, 1, 5, 9};for (int num : customSet) {std::cout << num << " "; // 输出: 9 5 4 3 1}std::cout << std::endl;// 使用自定义排序的map（按字符串长度）std::map<std::string, int, StringLengthComparator> lengthMap;lengthMap["apple"] = 5;lengthMap["banana"] = 6;lengthMap["cherry"] = 6;lengthMap["date"] = 4;for (auto& pair : lengthMap) {std::cout << pair.first << ":" << pair.second << " "; // 输出: date:4 apple:5 banana:6 cherry:6// 注意：长度相同的元素，按字典序排列}return 0;
}

2. 使用Lambda表达式（C++11及以上）

C++11引入了Lambda表达式，可以更简洁地定义比较器。

#include <iostream>
#include <set>
#include <map>
#include <string>int main() {// 使用Lambda表达式定义降序排序auto descendingLambda = [](int a, int b) { return a > b; };std::set<int, decltype(descendingLambda)> lambdaSet(descendingLambda);lambdaSet.insert({3, 1, 4, 1, 5, 9});for (int num : lambdaSet) {std::cout << num << " "; // 输出: 9 5 4 3 1}std::cout << std::endl;// 对于map，使用Lambda按值排序（需要特殊技巧）std::map<std::string, int> normalMap = {{"apple", 5},{"banana", 2},{"cherry", 8},{"date", 3}};// 创建一个按值排序的"视图"auto valueComparator = [&normalMap](const std::string& a, const std::string& b) {return normalMap[a] < normalMap[b];};std::set<std::string, decltype(valueComparator)> valueOrderedSet(valueComparator);for (auto& pair : normalMap) {valueOrderedSet.insert(pair.first);}std::cout << "按值排序: ";for (auto& key : valueOrderedSet) {std::cout << key << ":" << normalMap[key] << " "; // 输出: banana:2 date:3 apple:5 cherry:8}return 0;
}

自定义对象排序

当set或map的元素是自定义对象时，自定义排序尤为重要。

#include <iostream>
#include <set>
#include <string>class Person {
public:std::string name;int age;Person(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
};// 按年龄排序的函数对象
struct AgeComparator {bool operator()(const Person& a, const Person& b) const {return a.age < b.age;}
};// 按姓名排序的函数对象
struct NameComparator {bool operator()(const Person& a, const Person& b) const {return a.name < b.name;}
};int main() {// 按年龄排序的setstd::set<Person, AgeComparator> ageSet;ageSet.insert(Person("Alice", 30));ageSet.insert(Person("Bob", 25));ageSet.insert(Person("Charlie", 35));std::cout << "按年龄排序: ";for (auto& person : ageSet) {std::cout << person.name << "(" << person.age << ") ";}std::cout << std::endl;// 按姓名排序的setstd::set<Person, NameComparator> nameSet;nameSet.insert(Person("Charlie", 35));nameSet.insert(Person("Alice", 30));nameSet.insert(Person("Bob", 25));std::cout << "按姓名排序: ";for (auto& person : nameSet) {std::cout << person.name << "(" << person.age << ") ";}return 0;
}

注意事项

严格弱序：自定义比较器必须满足严格弱序关系，即：
- 非自反性：comp(a, a) 必须为false
- 不对称性：如果comp(a, b)为true，则comp(b, a)必须为false
- 可传递性：如果comp(a, b)为true且comp(b, c)为true，则comp(a, c)必须为true
相等判断：在set和map中，如果!comp(a, b) && !comp(b, a)，则认为a和b相等（重复元素），不会被插入
性能考虑：比较器的性能会影响容器操作的效率，应确保比较操作尽可能高效