unordered_map/unordered_set 使用指南：差异、性能与场景选择 - 实践
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前言：
在 C++ 开发中，
map/set与unordered_map/unordered_set是高频使用的关联式容器，前者基于红黑树实现，后者基于哈希表实现。很多开发者纠结于 “该选哪一个”—— 其实核心在于理解两者的底层差异：红黑树保证有序但效率是 O (logN)，哈希表追求 O (1) 平均效率但无序。本文聚焦unordered_map/unordered_set 的使用方法、与 map/set 的核心差异、性能对比，用代码示例和场景分析帮你快速掌握其用法，精准选择适合自己的容器。
一. 核心认知：unordered 系列容器是什么？
unordered_map 和 unordered_set 是 C++11 引入的关联式容器，底层基于 哈希表（哈希桶） 实现，核心特点如下：
- 存储特性：unordered_set 存储单个 key（去重 + 无序），unordered_map 存储 key-value 对（key 去重 + 无序）；
- 效率：增删查改平均时间复杂度 O (1)，最坏情况 O (N)（哈希冲突严重时）；
- 迭代器：单向迭代器（不支持 – 操作），遍历结果无序；
- 对 key 的要求：需支持 “转换为整形”（哈希函数需求）和 “相等比较”（冲突判断需求）。
二. 模板参数与基础接口
2.1 模板参数
一般来说，后面三个参数我们都不需要传。
2.2 核心接口（与 map/set 高度一致）
无论是 unordered_map 还是 unordered_set，核心接口与 map/set 完全兼容，上手零成本：(这里仅展示部分接口，剩下的可以看看文档，还有些和map/set不一样的后续讲实现的时候还会再进行补充的)
unordered_set 核心接口：
#include <unordered_set>
using namespace std;
int main()
{
unordered_set<int> us;
// 插入（返回pair<iterator, bool>，bool标记是否插入成功）
us.insert(10);
us.insert({ 20, 30, 40 });
// 查找（返回迭代器，未找到返回end()）
auto it = us.find(20);
if (it != us.end())
{
// 找到处理
}
// 删除（按key删除，返回删除个数）
us.erase(30);
// 其他常用接口
us.size(); // 元素个数
us.empty(); // 是否为空
us.clear(); // 清空容器
}unordered_map 核心接口：
#include <unordered_map>
using namespace std;
int main()
{
unordered_map<string, int> um;
// 插入
um.insert({ "sort", 1 });
um.insert(make_pair("left", 2));
// []运算符（插入+访问/修改，最常用）
um["right"] = 3; // 插入
um["left"] = 22; // 修改
// 查找
auto it = um.find("sort");
if (it != um.end()) { cout << it->first << ":" << it->second << endl; }
// 删除
um.erase("right");
}2.3 支持冗余的版本：unordered_multiset/unordered_multimap
与 multiset/multimap 类似，支持 key 重复：
- unordered_multiset：允许相同 key 重复插入，遍历无序；
- unordered_multimap：允许相同 key 重复插入，不支持 [] 运算符（key 不唯一）；
- 核心差异：无去重机制，其他接口与 unordered_map/unordered_set 一致。
三. 关键差异：unordered 系列 vs map/set
| 对比维度 | unordered_map / unordered_set | map / set |
|---|---|---|
| 底层结构 | 哈希表（数组 + 链表/红黑树） | 红黑树（自平衡二叉搜索树） |
| 元素顺序 | 无序（取决于哈希函数） | 有序（按 key 默认升序排列） |
| 时间复杂度 | 平均 O(1)，最差 O(n) | 稳定 O(logN) |
| 迭代器特性 | 单向迭代器（仅支持向前遍历） | 双向迭代器（支持向前/向后遍历） |
| 对 Key 的要求 | 1. 支持 == 比较2. 可计算哈希值 | 支持 < 比较（或自定义严格弱序） |
| 内存占用 | 较高（需预留桶空间减少冲突） | 较低（树结构紧凑，无预留开销） |
| 数据分布 | 数据分散在桶中 | 数据在树结构中平衡分布 |
| 主要优势 | 极速查找（常数级平均时间） | 有序遍历、稳定性能 |
| 典型场景 | 高频查询、缓存系统、去重操作 | 需要有序数据、范围查询、顺序相关操作 |
选择建议：
- 要极致速度 → 选
unordered_xxx - 要顺序访问 → 选
map/set
四. 性能实测：谁更快
测试代码（核心逻辑）：
// （测试环境：VS2022，Release 模式）：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<unordered_set>
#include<unordered_map>
#include<set>
using namespace std;
void test_unset1()
{
const size_t N = 1000000;
unordered_set<int> us;
set<int> s;
vector<int> v;
v.reserve(N);
srand(time(0));
for (size_t i = 0; i < N; ++i)
{
v.push_back(rand()); // N比较大时，重复值比较多
//v.push_back(rand() + i); // 重复值相对少
//v.push_back(i); // 没有重复，有序
}
size_t begin1 = clock();
for (auto e : v)
{
s.insert(e);
}
size_t end1 = clock();
cout << "set insert:" << end1 - begin1 << endl;
size_t begin2 = clock();
us.reserve(N);
for (auto e : v)
{
us.insert(e);
}
size_t end2 = clock();
cout << "unordered_set insert:" << end2 - begin2 << endl;
int m1 = 0;
size_t begin3 = clock();
for (auto e : v)
{
auto ret = s.find(e);
if (ret != s.end())
{
++m1;
}
}
size_t end3 = clock();
cout << "set find:" << end3 - begin3 << "->" << m1 << endl;
int m2 = 0;
size_t begin4 = clock();
for (auto e : v)
{
auto ret = us.find(e);
if (ret != us.end())
{
++m2;
}
}
size_t end4 = clock();
cout << "unorered_set find:" << end4 - begin4 << "->" << m2 << endl;
cout << "插入数据个数：" << s.size() << endl;
cout << "插入数据个数：" << us.size() << endl << endl;
size_t begin5 = clock();
for (auto e : v)
{
s.erase(e);
}
size_t end5 = clock();
cout << "set erase:" << end5 - begin5 << endl;
size_t begin6 = clock();
for (auto e : v)
{
us.erase(e);
}
size_t end6 = clock();
cout << "unordered_set erase:" << end6 - begin6 << endl << endl;
}
int main()
{
test_unset1();
return 0;
}- 三组测试结果：
关键结论：
- unordered 系列在插入、查找、删除场景下均显著快于 map/set，尤其是高频查询场景；
- unordered 系列使用时建议先用reserve(N)预分配空间，避免频繁扩容导致性能下降；
- 数据量越小，性能差距越不明显；数据量越大，unordered 系列的优势越突出；数据有序时，unoredered系列的插入效率没set高。
unordered_xxx的哈希相关接口：Buckets和Hash policy系列的接口分别是跟哈希桶和负载因子相关的接口，日常使用的角度我们不需
要太关注，后面学习了哈希表底层，我们再来看这个系列的接口，一目了然。
结尾：
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技术之路难免有困惑，但同行的人会让前进更有方向～愿我们都能在自己专注的领域里，一步步靠近心中的技术目标！结语：unordered_map/unordered_set 的核心价值是 “以空间换时间”，用哈希表的结构实现 O (1) 平均效率，完美适配高频查询场景；而 map/set 则以 “有序 + 稳定” 为核心优势，适合需要排序或空间敏感的场景。两者的接口高度兼容，切换成本极低，实际开发中可根据 “是否需要有序” 和 “查询频率” 快速决策。建议在性能瓶颈时优先尝试 unordered 系列，若需有序则切换到 map/set。
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