C++ unordered_map（哈希表）

当我们需要保存 “键 → 值” 的对应关系，但只关心通过键快速查找或修改值、不需要容器按大小顺序排列时，可以使用 C++ 标准库提供的无序映射 std::unordered_map。

在实际开发中，std::unordered_map 也常被称为 “哈希表” 或 “哈希映射”。它和 std::map 一样要求每个 key 唯一，但底层改用哈希表来组织数据，省去了维护大小排序的开销，平均查找效率更高。

unordered_map 的创建与遍历

使用 std::unordered_map 之前，我们需要先在代码开头引入 <unordered_map> 头文件。

语法：

#include <unordered_map>

std::unordered_map<键类型, 值类型> 变量名 = {
    {键1, 值1},
    {键2, 值2},
    ...
};

说明：

尖括号 <> 里第 1 个参数是 key 的类型，第 2 个参数是 value 的类型。初始化时每一组键值对同样使用 {key, value} 括起来，不写初始值则会创建一个空的无序映射。

和前面学过的 std::unordered_set 一样，这里的 “无序” 是指容器内部根据 key 计算出的哈希位置来存放数据，既不按 key 的大小排列，也不按插入先后顺序排列。它的常用成员函数如下表所示。

示例 1：创建并遍历无序映射

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<std::string, int> prices = {
        {"Mouse", 99},
        {"Keyboard", 299},
        {"Monitor", 1299}
    };

    for (const auto& item : prices) {
        std::cout << item.first << ": " << item.second << '\n';
    }
    return 0;
}

运行结果如下。

Monitor: 1299
Keyboard: 299
Mouse: 99

分析：

在这个例子中，我们定义了一个名为 prices 的无序映射容器，保存了 3 组商品名称与单价的对应关系。如果把这 3 组商品放进 std::map，它会按商品名的首字母排成 Keyboard、Monitor、Mouse。

而这里的 std::unordered_map 则按底层哈希表的位置输出。在不同编译器或继续添加新元素后，遍历顺序都可能发生变化，因此小伙伴们平时写代码只需要关注每个 key 对应的 value，不要依赖它的遍历顺序。

访问、查找与删除元素

在 C++ 中，std::unordered_map 读写、查找和删除键值对的函数名称与 std::map 完全一致，掌握了 map 就能直接上手。

1. 使用 [] 与 at() 访问和修改

使用 um[key] = value 可以修改已有的键值，或者自动新建不存在的键值。如果只想读取或修改确认已存在的键，可以调用 um.at(key)，当传入的键不存在时它会直接抛出异常，不会像 [] 那样意外插入默认元素。

示例 2：修改与新增键值对

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<std::string, int> points = {
        {"Jack", 100},
        {"Lucy", 150}
    };

    points["Jack"] = 120;    // 修改已有键的值
    points["Tony"] = 80;     // 自动新增不存在的键

    std::cout << "Jack: " << points.at("Jack") << '\n';
    std::cout << "Tony: " << points.at("Tony") << '\n';
    std::cout << "总人数：" << points.size() << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Jack: 120
Tony: 80
总人数：3

分析：

points["Jack"] = 120; 这句代码表示修改已有的 "Jack" 的积分。而 "Tony" 原本不在容器中，因此 points["Tony"] = 80; 会自动新增一组 {"Tony", 80}，使总人数变为 3，随后通过 points.at() 安全读取出了对应的积分值。

2. 使用 contains()、find() 与 erase() 查找和删除

查询某个 key 是否存在可以使用 contains(key) 或 find(key)，删除某个键值对则调用 erase(key)。

语法：

映射名.contains(key);
auto pos = 映射名.find(key);
映射名.erase(key);

说明：

如果我们只是想判断某个 key 在不在容器中，使用 contains(key) 最直观。如果既想判断 key 是否存在，又想紧接着读取或修改它的 value，直接调用 find(key) 并通过迭代器 pos->second 操作值会更高效。

示例 3：查找、修改与删除键值

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>

int main() {
    std::unordered_map<std::string, int> points = {
        {"Jack", 120},
        {"Lucy", 150},
        {"Tony", 80}
    };

    auto pos = points.find("Lucy");
    if (pos != points.end()) {
        pos->second += 30;    // 通过迭代器直接修改值
        std::cout << pos->first << ": " << pos->second << '\n';
    }

    points.erase("Jack");     // 按键名删除元素
    std::cout << "剩余人数：" << points.size() << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

Lucy: 180
剩余人数：2

分析：

上面代码中，points.find("Lucy") 会在哈希表中定位 "Lucy" 所在的键值对。确认 pos != points.end() 后，我们直接通过 pos->second += 30; 把她的积分更新为 180。这里同样要注意，左边的键 pos->first 是只读的，只有右边的值 pos->second 可以修改。

相比先调用 contains("Lucy") 判断存不存在、再写 points["Lucy"] += 30 修改的做法，使用 find() 只需要去哈希表里查找一次，避免了重复查表。最后调用 points.erase("Jack") 将 "Jack" 删除，剩余人数变为 2。

使用 unordered_map 统计出现次数

前面我们学过，对映射容器使用 um[key] 时，如果 key 不存在，容器会自动创建这个 key，并把 int 类型的 value 默认初始化为 0。

这个特性在 “统计每个元素出现了多少次” 的场景下非常实用。我们不需要提前写条件判断某个元素是不是第一次出现，直接对 counts[word] 执行自增运算就可以了。请看下面例子。

示例 4：统计单词出现的次数

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<std::string> words = {
        "apple", "banana", "apple", "orange", "apple", "banana"
    };

    // 保存每个单词出现的次数
    std::unordered_map<std::string, int> counts;
    for (const std::string& word : words) {
        counts[word]++;
    }

    std::cout << "apple: " << counts["apple"] << '\n';
    std::cout << "banana: " << counts["banana"] << '\n';
    std::cout << "orange: " << counts["orange"] << '\n';
    return 0;
}

运行结果如下。

apple: 3
banana: 2
orange: 1

分析：

上面代码先使用 std::vector 保存了 6 个水果单词，随后在循环体里只写了一行 counts[word]++;。为什么这一行代码就能自动完成首次创建和后续累加呢？对于 "apple" 来说，它的执行过程等价于下面两步：

// 第一次遇到该键
counts["apple"] = 0;
counts["apple"] = counts["apple"] + 1;

// 后续再次遇到该键
counts["apple"] = counts["apple"] + 1;

正是因为 [] 具备 “不存在时自动初始化为 0” 的特点，我们才不需要每次都手写 if 条件去分情况处理，一行 counts[word]++; 就把新建和累加全部搞定了。

unordered_map 与 map 的区别

std::map 和 std::unordered_map 都用来保存 “键 → 值” 映射关系，在实际开发中我们可以按下面 2 种需求来选择：

• 需要按键的顺序遍历：比如按日期先后汇总每日销量、按学号从小到大打印成绩单，std::map 会一直维护好 key 的升序状态，遍历出来直接就是排好序的结果。
• 只需按键快速查改：比如根据用户编号查询用户信息、根据配置项名称读取配置值，或者像示例 4 那样统计每个单词出现的次数，不需要排序时优先使用查找速度更快的 std::unordered_map。