如何修改关联式容器中键值对的键?

通过前面的学习,读者已经掌握了所有关联式容器(包括 map、multimap、set 和 multiset)的特性和用法。其中需要指出的是,对于如何修改容器中某个键值对的键,所有关联式容器可以采用同一种解决思路,即先删除该键值对,然后再向容器中添加修改之后的新键值对。

那么,是否可以不删除目标键值对,而直接修改它的键呢?接下来就围绕此问题,给读者展开详细的讲解。

首先可以明确的是,map 和 multimap 容器只能采用“先删除,再添加”的方式修改某个键值对的键。原因很简单,C++ STL 标准中明确规定,map 和 multimap 容器用于存储类型为 pair<const K,V> 的键值对。显然,只要目标键值对存储在当前容器中,键的值就无法被修改。

举个例子:
map<int,int> mymap{ {1,10},{2,20} };
//map 容器的键为 const 类型,不能被修改
mymap.begin()->first = 100;

multimap<int,int> mymultimap{ {10,100},{20,200} };
//multimap 容器的键为 const 类型,同样不能被修改
mymultimap.begin()->first = 100;
其中,第 3 行代码试图直接将 mymap 容器中 {1,10} 的键改为 100,同样第 7 行代码试图直接将 mymultimap 容器中 {10,100} 的键改为 100,它们都是不能通过编译的。

正如上面例子中演示的那样,直接修改 map 或 multimap 容器中某个键值对的键是行不通的。但对于 set 或者 multiset 容器来说,却是可行的。

和 map、multimap 不同,C++ STL 标准中并没有用 const 限定 set 和 multiset 容器中存储元素的类型。换句话说,对于 set<T> 或者 multiset<T> 类型的容器,其存储元素的类型是 T 而不是 const T。

事实上,对 set 和 multiset 容器中的元素类型作 const 修饰,是违背常理的。举个例子,假设我们使用 set 容器存储多个学生信息,如下是一个表示学生的类:
class student {
public:
    student(string name,int id,int age) :name(name),id(id),age(age) {
    }
    const int& getid() const {
        return id;
    }
    void setname(const string name){
        this->name = name;
    }
    string getname() const{
        return  name;
    }
    void setage(int age){
        this->age = age;
    }
    int getage() const{
        return  age;
    }
private:
    string name;
    int id;
    int age;
};
在创建 set 容器之前,我们还需要为其设计一个排序规则,这里假定以每个学生的 id 做升序排序,其排序规则如下:
class cmp {
public:
    bool operator ()(const student &stua,const student &stub) {
        //按照字符串的长度,做升序排序(即存储的字符串从短到长)
        return  stua.getid() < stub.getid();
    }
};
做完以上所有的准备工作后,就可以创建一个可存储 student 对象的 set 容器了,比如:
set<student,cmp> myset{ {"zhangsan",10,20},{"lisi",20,21},{"wangwu",15,19} };
由此创建的 myset 容器中,存储的数据依次为:

{"zhangsan",20}
{"wangwu",19}
{"lisi",21}

注意,set 容器中每个元素也可以看做是键和值相等的键值对,但对于这里的 myset 容器来说,其实每个 student 对象的 id 才是真正的键,其它信息(name 和 age)只不过是和 id 绑定在一起而已。因此,在不破坏 myset 容器中元素的有序性的前提下(即不修改每个学生的 id),学生的其它信息是应该允许修改的,但有一个前提,即 myset 容器中存储的各个 student 对象不能被 const 修饰(这也是 set 容器中的元素类型不能被 const 修饰的原因)。

总之,set 和 multiset 容器的元素类型没有用 const 修饰。所以从语法的角度分析,我们可以直接修改容器中元素的值,但一定不要修改元素的键。

例如,在已创建好的 myset 容器的基础上,如下代码尝试修改 myset 容器中某个学生的 name 名字:
set<student>::iterator iter = mymap.begin();
(*iter).setname("xiaoming");
注意,如果读者运行代码会发现,它也是无法通过编译的。

虽然 C++ STL 标准没有用 const 修饰 set 或者 multiset 容器中元素的类型,但也做了其它工作来限制用户修改容器的元素。例如上面代码中,*iter 会调用 operator*,其返回的是一个 const T& 类型元素。这意味着,C++ STL 标准不允许用户借助迭代器来直接修改 set 或者 multiset 容器中的元素。

那么,如何才能正确修改 set 或 multiset 容器中的元素呢?最直接的方式就是借助 const_cast 运算符,该运算符可以去掉指针或者引用的 const 限定符。

有关 const_cast 运算符的用法,由于不是本节重点,这里不再做详细讲解,有兴趣的读者可自行查阅相关资料。

比如,我们只需要借助 const_cast 运算符对上面程序稍作修改,就可以运行成功:
set<student>::iterator iter = mymap.begin();
const_cast<student&>(*iter).setname("xiaoming");
由此,mymap 容器中的 {"zhangsan",20} 就变成了 {"xiaoming",20}。

再次强调,虽然使用 const_cast 能直接修改 set 或者 multiset 容器中的元素,但一定不要修改元素的键!如果要修改,只能采用“先删除,再添加”的方式。另外,不要试图以同样的方式修改 map 或者 multimap 容器中键值对的键,这违反了 C++ STL 标准的规定。

总结

总的来说,map 和 multimap 容器中元素的键是无法直接修改的,但借助 const_cast,我们可以直接修改 set 和 multiset 容器中元素的非键部分。

为了加深读者的理解,如下是和本节内容相关的完整程序,读者可直接拷贝下来:
#include<iostream>
#include<set>
#include<string>
using namespace std;
class student {
public:
    student(string name,age(age) {
    }
    const int& getid() const {
        return id;
    }
    void setname(const string name){
        this->name = name;
    }
    string getname() const{
        return  name;
    }
    void setage(int age){
        this->age = age;
    }
    int getage() const{
        return  age;
    }
    void display()const {
        cout << id << " " << name << " " << age << endl;
    }
private:
    string name;
    int id;
    int age;
};
//自定义 myset 容器的排序规则
class cmp {
public:
    bool operator ()(const student &stua,const student &stub) {
        //按照字符串的长度,做升序排序(即存储的字符串从短到长)
        return  stua.getid() < stub.getid();
    }
};

int main() {
    set<student,cmp> mymap{ {"zhangsan",19} };

    set<student>::iterator iter = mymap.begin();
    //直接将 {"zhangsan",20} 中的 "zhangsan" 修改为 "xiaoming"
    const_cast<student&>(*iter).setname("xiaoming");
   
    while (iter != mymap.end()) {
        (*iter).display();
        ++iter;
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

10 xiaoming 20
15 wangwu 19
20 lisi 21

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