map 是否将元素存储为 std::pair？答案

【问题标题】：Does map store elements as std::pair?map 是否将元素存储为 std::pair？
【发布时间】：2020-08-27 06:19:19
【问题描述】：

std::map 是否将元素存储为std::pair？遍历 map 如下所示：

#include <map>
int main() {
    std::map<int, char> m;
    m[1] = 'A';
    m[2] = 'B';
    m[3] = 'C';

    std::map<int, char>::iterator it;
    for(it = m.begin(); it != m.end(); it++)
    {
       std::cout << "Key: "    << it->first;
       std::cout << " Value: " << it->second;
       std::cout << std::endl;
    } 
}

【问题讨论】：

为什么不只看你的特定编译器的实现。并非所有供应商都使用相同的模板。模板的源代码通常在头文件中。
来自en.cppreference.com/w/cpp/container/map：“std::map 是一个排序的关联容器，其中包含具有唯一键的键值对。”。实际上，我会说：是的。从技术意义上说：不， std::map 实现只是提供了这样的迭代器（但我不是专家）。我不确定你在找什么？

标签： c++ stdmap std-pair internals

【解决方案1】：

不，std::map 不会将数据存储成对，它只是将数据公开成对。虽然不禁止使用std::pair 在底层存储中。

在典型的红黑树实现中，除了存储的键和值之外，您至少需要两个指向子节点的指针（可能还有一个指向父节点的指针，我真的不记得 RB 树是如何工作的，抱歉）。底层存储类型是 std::map::node_type（自 C++17 起添加），在标准中未指定（也称为特定于实现）。

注意有这个子句（来自cppreference）：

对于 key_type 为 K 且 mapped_type 为 T 的所有 map 容器（std::map、std::multimap、std::unordered_map 和 std::unordered_multimap），如果用户操作涉及节点句柄的行为未定义为std::pair<K, T> 或std::pair<const K, T> 存在-定义的std::pair 特化。

这表明标准绝对允许将 node-handle 类型的数据存储为std::pair（并且实现可能假设std::pair 的行为完全符合预期）。

【讨论】：

这里说元素的类型是std::map是std::pair:stackoverflow.com/a/15451409/7101138。那么这不正确吗？
@michalt38 对于几乎所有用途，std::map 存储std::pair 类型对象的近似值已经足够了。您始终以std::pair 插入和读取数据。在实践中，数据存储在节点中，其中包含std::pair（或者只是键和值）和一些指针。
但是我们可以说std::map中的元素类型是std::pair吗？
@michalt38 是的，std::map 中的元素类型将是 std::pair（并且这些元素在内部存储在未指定的节点类中）。
@user1687327 这是可能的，但 gcc 例如stores std::pair<const K, T> in map's node_type。我想一个实现可以通过存储std::pair<K, T> 并在每次返回时强制转换它（可能以一些涉及UB的方式），但我想不出使用它比std::pair<const K, T> 有什么好处。 .

【解决方案2】：

简单的答案是肯定的。

从[map.overview]，map 有一个value_type：

using value_type = pair<const Key, T>;

[unord.map.overview] 也有相同的value_type。

编辑：正如 Yksisarviven 所说，这些仍然需要存储在某种 node_type 中，这在 C++17 标准中未指定。

【讨论】：

【解决方案3】：

从std::map::extract 我会得出结论，它将它存储为std::map::node_type。这在实践中可能是特定于实现的。研究我的 GCC 9.3 实现结果：

  template<typename _Val>
    struct _Rb_tree_node : public _Rb_tree_node_base
    {
      typedef _Rb_tree_node<_Val>* _Link_type;

#if __cplusplus < 201103L
      _Val _M_value_field;

      _Val*
      _M_valptr()
      { return std::__addressof(_M_value_field); }

      const _Val*
      _M_valptr() const
      { return std::__addressof(_M_value_field); }
#else
      __gnu_cxx::__aligned_membuf<_Val> _M_storage;

      _Val*
      _M_valptr()
      { return _M_storage._M_ptr(); }

      const _Val*
      _M_valptr() const
      { return _M_storage._M_ptr(); }
#endif
    };

这意味着在我的实现中，节点中包含一个 _Val = std::pair，即是的，它存储 std::pair，但包装在一个节点中。

【讨论】：