C++ STL中的unordered_multiset swap()

unordered_multiset是C++ STL中的一个关联容器，它的元素没有顺序，并且可以存储重复值。而swap()是C++ STL中的一个关键字，可以在不消耗额外空间的情况下交换两个变量的值。在unordered_multiset中，swap()可以帮助我们优化程序的性能，下面将详细介绍。

unordered_multiset简介

在使用unordered_multiset之前，我们先来了解一下该容器的一些基础知识。

1. 什么是unordered_multiset？

unordered_multiset是一个没有顺序的、可以重复的容器。它是一个哈希表，通过散列函数对元素进行分类，然后存储在不同的桶中。通常情况下，用户需要提供一个哈希函数用来对元素进行分类。

2. unordered_multiset的优缺点

优点：元素可以重复、查找元素速度非常快
缺点：无序、不能使用下标访问元素、迭代器失效的可能性大

3. unordered_multiset的运算符和方法

=：重载赋值运算符
insert()：插入元素
emplace()：在容器中构造一个新元素
erase()：从容器中删除元素
clear()：清空容器
size()：返回元素个数
empty()：判断容器是否为空
find()：查找指定元素
count()：统计指定元素的数量

swap()的介绍

swap()是C++ STL中的一个关键字，可以在不占用额外空间的情况下，交换两个相同数据类型的变量的值。由于swap()可以大大优化程序性能，它很重要。

1. swap()的使用

在unordered_multiset中，swap()函数可以用来交换两个unordered_multiset容器中元素的值。其用法如下：

void swap(unordered_multiset& other);

例如，下面的代码展示了如何交换两个unordered_multiset的值。

unordered_multiset<int> foo = {1,2,3};
unordered_multiset<int> bar = {4,5,6};

foo.swap(bar);

// 现在，foo是{4,5,6}，而bar是{1,2,3}

2. swap()的时间复杂度

我们可以发现，swap()函数不需要额外开辟空间，简单地交换两个数据类型变量的值。因此，它的时间复杂度是O(1)。

unordered_multiset swap()的优化

在容器中，一些性能低下的操作可能会导致程序效率降低，因此，我们需要一些工具来帮助我们提高程序的性能。unordered_multiset中的swap()就是为此而诞生的。下面我们来看看它是如何提高程序性能的。

1. swap()和拷贝构造函数的比较

由于unordered_multiset是一个哈希表，它在内存中保存了一个已经分配好的桶(vector容器)，这些桶在容器初始化时就已经被分配好。当我们将两个unordered_multiset容器互换时，它们的内部桶以及桶中的元素都会被交换。这使得我们在交换unordered_multiset容器的值时，不需要多余的内存空间。

与之相比，通过类似以下代码手动进行拷贝时，需要消耗额外的内存空间：

void swap(unordered_multiset& first, unordered_multiset& second){
    unordered_multiset temp = first;
    first = second;
    second = temp;
}

该代码中，我们需要先创建一个临时unordered_multiset对象，然后把first容器中的内容拷贝到临时对象中去，再将second容器中的内容通过赋值运算符拷贝到first容器中，最后将临时对象中的内容通过赋值运算符拷贝到second容器中。

这样的拷贝过程不仅会导致多余的内存分配和销毁，还需要额外的时间和空间开销，导致程序的性能降低。

而swap()函数则可以直接交换两个容器中的值，不需要额外地分配或销毁内存，从而提高程序性能。

2. swap()函数和元素移动的比较

在unordered_multiset容器中，如果要把一个容器的元素移动到另一个容器中，我们可以使用std::move()函数来实现。例如，我们可以使用以下代码将一个unordered_multiset容器中的元素移动到另一个unordered_multiset容器中去：

unordered_multiset<int> source = {1,2,3};
unordered_multiset<int> destination;

std::move(source.begin(), source.end(), std::inserter(destination, destination.begin()));

这会将source中的所有元素移动到destination容器中。这样做可以减少不必要的拷贝操作，提高程序性能。

与元素移动相比，swap()函数更适用于缩短程序运行时间。原因是，在使用std::move()函数进行元素移动时，需要遍历所有元素，并将它们插入到目标容器中。这一过程可能需要更多时间。而使用swap()函数，直接交换两个容器的值，可以更直接地完成操作。

实例演示

下面，我们来演示一下使用swap()函数优化unordered_multiset容器的代码实例：

# include <iostream>
# include <unordered_set>
# include <chrono>
# include <algorithm>

using std::unordered_multiset;
using std::chrono::high_resolution_clock;
using std::chrono::duration_cast;
using std::chrono::microseconds;

int main()
{
    unordered_multiset<int> arr1;
    unordered_multiset<int> arr2;

    // 向arr1中插入10000个随机整数
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        arr1.insert(rand() % 10000);
    }

    // 把arr1中的值移动到arr2中，使用std::move()
    auto t1 = high_resolution_clock::now();
    std::move(arr1.begin(), arr1.end(), std::inserter(arr2, arr2.begin()));
    auto t2 = high_resolution_clock::now();
    std::cout << "std::move() 耗时：" << duration_cast<microseconds>(t2 - t1).count() << " 微秒" << std::endl;

    // 把arr1和arr2的值交换，使用swap()
    t1 = high_resolution_clock::now();
    arr1.swap(arr2);
    t2 = high_resolution_clock::now();
    std::cout << "swap() 耗时：" << duration_cast<microseconds>(t2 - t1).count() << " 微秒" << std::endl;

    return 0;
}

在该代码中，我们创建了两个空的unordered_multiset容器arr1和arr2，并向arr1中插入了10000个随机整数。我们使用std::move()函数将arr1中的元素移动到arr2中，并使用swap()函数交换了arr1和arr2的值。我们通过计时器（std::chrono库）来比较这两种方法的耗时。

执行上述代码，可能会得到以下类似结果：

std::move() 耗时：157 毫秒
swap() 耗时：0 微秒

可以看到，使用std::move()函数将arr1中的元素移动到arr2中，耗时约为157毫秒。而使用swap()函数交换arr1和arr2中的值，完全不需要花费额外的时间，耗时为0微秒。

这个例子展示了，当我们需要将一个unordered_multiset容器的值传递给另一个unordered_multiset容器时，使用swap()函数可以大大提高程序的性能。

结论

在C++中，unordered_multiset容器提供了一种基于哈希表的键值存储机制。我们可以通过swap()函数来直接交换unordered_multiset容器中的值，从而提高程序性能。与元素移动相比，swap()函数更适用于缩短程序运行时间。如果您需要将一个unordered_multiset容器的值传递给另一个unordered_multiset容器时，使用swap()函数是一个很好的选择。