如何高效移除C++关联容器中的元素_C/C++

一、简介

关联容器将键与值关联起来，包括：

std::map，具有唯一键；
std::multimap，可以有几个相同的键；
std::unordered_map，具有唯一键的哈希映射；
std::unordered_multimap，可以有几个相同键的哈希映射。

关联容器还包括集合（set）：

std::set，包含唯一元素；
std::multiset，包含多个等价元素；
std::unordered_set，包含唯一元素的哈希集；
std::unordered_multiset，包含多个相同元素的哈希集。

集合包含在关联容器中，因为它们可以被视为将键和值融合到一个元素中。

二、移除给定位置的元素

如果通过迭代器位置知道关联容器元素的位置（position），那么从关联容器中删除元素就非常容易。例如：

// 移除该位置的条目。
a.erase(position);

// 删除第一个(包括在内)和最后一个(不包括在内)之间的所有元素。
a.erase(first, last);

这时候，指向被删除元素的迭代器失效，但指向容器的所有其他迭代器仍然有效。这是关联容器的不同之处。

三、移除与特定键值等价的元素

对于关联容器，不谈论“等于特定键值”，而是“等价于特定键值”。

如果知道要移除的元素的键值，移除操作非常简单：

a.erase(mykey);

这将移除所有键值与 mykey 等价的元素（对于multi容器）。

移除根据值而不是键值标识的元素：如果想移除一个 map （或其multi或哈希对应容器）中根据值而不是键值标识的元素，操作就不那么直观了。

需要移除所有满足特定条件的元素，即它们的值等于某个值。

四、移除满足特定条件的元素

4.1、与序列容器的结构差异

为了根据特定条件移除序列容器中的元素，可以使用 std::remove_if。但在这里不能这样做。

在序列容器中，将要保留的元素向上移动是可行的，因为它们的值只是按顺序排列的（这是序列容器的定义）。

但关联容器有更强的约束：它们需要快速查找键值（对于非哈希容器，时间复杂度为 o(log(n))；对于哈希容器，时间复杂度为 o(1)）。为了达到这个目的，它们以更复杂的方式组织数据，通常非哈希容器使用树，而哈希容器使用表，其中精确的位置很重要。

因此，不能像 std::remove_if 那样简单地重新排列元素，否则会破坏内部结构。所以必须遵循接口。而接口中提供的是上面看到的 erase 方法。

4.2、遵循接口

移除满足特定条件的元素的一般思路是遍历容器，对每个元素检查条件，并移除返回 true 的元素。但问题是如何在遍历的同时移除元素？

考虑一下这种遍历的朴素版本：

template<typename associativecontainer, typename predicate>
void erase_if(associativecontainer& container, predicate shouldremove)
{
    for (auto it = begin(container); it != end(container); ++it) {
        if (shouldremove(*it)) {
            container.erase(it);
        }
    }
}

注意，这是一种非常罕见的情况，在这种情况下，对迭代器所知不多，只知道它们是迭代器。这是永远不应该出现的代码。

看看上面示例的这一行代码：

container.erase(it);

这会使 it 失效。然后看for循环的结尾位置：

for (auto it = begin(container); it != end(container); ++it)

在 it 失效后立即执行 ++it。这会导致未定义行为。

4.3、迭代器操作

需要找到一种方法，在移除元素之前递增迭代器。为此，有几种选择。在 c++98 中，可以使用后缀递增运算符，它将首先递增迭代器，然后将未递增迭代器的副本传递给 erase：

template<typename associativecontainer, typename predicate>
void erase_if(associativecontainer& container, predicate shouldremove)
{
    for (auto it = begin(container); it != end(container);) {
        if (shouldremove(*it))
            container.erase(it++);
        else
            ++it;
    }
}

但操作迭代器的危险行同样非常高。在 c++11 中，得到了一个风险更小的实现，因为 erase 返回移除元素后的迭代器。可以用这种方式重写代码：

template<typename associativecontainer, typename predicate>
void erase_if(associativecontainer& container, predicate shouldremove)
{
    for (auto it = begin(container); it != end(container);) {
        if (shouldremove(*it))
            it = container.erase(it);
        else
            ++it;
    }
}

为了确保此函数仅用于关联容器，c++标准应该出现相关概念，但在此之前，可以显式地编写各种情况：

namespace details
{
    template<typename associativecontainer, typename predicate>
    void erase_if_impl(associativecontainer& container, predicate shouldremove)
    {
        for (auto it = begin(container); it != end(container); /* nothing here, the increment in dealt with inside the loop */ )
        {
            if (shouldremove(*it))
            {
                it = container.erase(it);
            }
            else
            {
                ++it;
            }
        }
    }
}

template<typename key, typename value, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::map<key, value, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename value, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::multimap<key, value, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename value, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::unordered_map<key, value, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename value, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::unordered_multimap<key, value, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::set<key, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::multiset<key, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::unordered_set<key, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

template<typename key, typename comparator, typename predicate>
void erase_if(std::unordered_multiset<key, comparator>& container, predicate shouldremove)
{
    return details::erase_if_impl(container, shouldremove);
}

五、总结

移除给定位置的元素： 使用 erase(position) 或 erase(first, last) 方法，可以移除指定位置的元素或指定范围内的元素。
移除与特定键值等价的元素： 使用 erase(mykey) 方法，可以移除所有键值与 mykey 等价的元素。
移除满足特定条件的元素： 由于关联容器的内部结构，无法直接使用 std::remove_if 方法移除满足特定条件的元素。需要使用迭代器并手动遍历容器，检查每个元素是否满足条件，并使用 erase 方法移除满足条件的元素。

在移除元素时，需要注意迭代器失效的问题，并使用正确的迭代器操作方式来避免未定义行为。

本文还提供了 erase_if 函数的实现，该函数可以用于移除关联容器中满足特定条件的元素。该函数使用 erase 方法和迭代器操作来实现，并针对不同的关联容器类型进行了重载。

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