• _cpp利用哈希封装实现unordered_map和unordered_set

    文章目录

    0. 前言

    1. 改造哈希表

    链接：c++哈希（哈希表开散列实现的哈希表）
    上面那篇文章，我们了解了哈希表的底层结构并模拟实现哈希表数据插入和删除。

    这篇文章我们利用哈希表装实现unordered_map和unordered_set。

    1.1 哈希表节点的定义

    • 因为我们要利用一颗树封装实现unordered_map和unordered_set，所以我们不能写死。

    • 怎么做？那看下面代码。

    	template<class T>
	struct HashNode
	{
		//pair _kv;
		T _data;	//数据
		HashNode<T>* _next;

		HashNode(const T& data)
			:_data(data)
			,_next(nullptr)
		{}
	};


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13

    • 我们把模板template改为template; 而T代表k or pair。这样就实现了泛型。

    • 看到这里uu们就很疑惑，那怎么区别那？我们就要借助仿函数（KeyOfT ）-> 支持取出T对象中key的值。

    1.2 哈希表中的迭代器

    • 迭代器大致框架跟利用红黑树封装map和set相同；区别我们上一篇文章实现的哈希表每一个位置是一个桶（单链表）；我们只用模拟实现后置加加操作即可。

    1.2.1 模拟实现后置加加的方法

    • 思路：加加分为俩种
        1. 当前桶位置找下一个节点。
        1. 找下一个哈希桶起始位置。
    		typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> Self;
		Self& operator++()
		{
			if (_node->_next)
			{
				// 当前桶中迭代
				_node = _node->_next;
			}
			else
			{
				// 找下一个桶
				Hash hash;
				KeyOfT kot;
				size_t i = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_tables.size();
				++i;

				for (; i < _pht->_tables.size(); ++i)
				{
					if (_pht->_tables[i])
					{
						_node = _pht->_tables[i];
						break;
					}
				}

				// 说明后面没有有数据的桶了
				if (i == _pht->_tables.size())
				{
					_node = nullptr;
				}
			}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31

    1.2.2 哈希表迭代器代码

    • 注意：我们实现迭代器还要访问原来哈希表类的成员（私有成员需要把迭代器变为哈希表的友元，后面代码会写）
    // 前置声明
	template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
	class HashTable;

	template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
	struct __HashIterator
	{
		typedef HashNode<T> Node;
		typedef HashTable<K, T, Hash, KeyOfT> HT;
		typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> Self;

		Node* _node;
		HT* _pht;
		__HashIterator(Node* node, HT* pht)
			:_node(node)
			, _pht(pht)
		{}

		T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		T* operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		Self& operator++()
		{
			if (_node->_next)
			{
				// 当前桶中迭代
				_node = _node->_next;
			}
			else
			{
				// 找下一个桶
				Hash hash;
				KeyOfT kot;
				size_t i = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_tables.size();
				++i;

				for (; i < _pht->_tables.size(); ++i)
				{
					if (_pht->_tables[i])
					{
						_node = _pht->_tables[i];
						break;
					}
				}

				// 说明后面没有有数据的桶了
				if (i == _pht->_tables.size())
				{
					_node = nullptr;
				}
			}

			return *this;
		}

		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}

	};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73

    1.3 仿函数

    • 除了上章比较用的仿函数Hash = HashFunc；此章我们还需要一个区分unordered_map和unordered_set的仿函数。
    • 因为map是pair; kv型原来的直接比较并插入就失效了，我们就需要借助仿函数来提取map中pair的first值；来进行比较。
    		struct MapKeyOfT
		{
			const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    		struct MapKeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& val)
			{
				return val;
			}
		};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7

    实现过程就在上图代码里了。

    1.4 哈希表整体改造完成后的代码

    namespace HashBucket
{
	template<class T>
	struct HashNode
	{
		//pair _kv;
		T _data;	//数据
		HashNode<T>* _next;

		HashNode(const T& data)
			:_data(data)
			,_next(nullptr)
		{}
	};

	// 前置声明
	template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
	class HashTable;

	template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
	struct __HashIterator
	{
		typedef HashNode<T> Node;
		typedef HashTable<K, T, Hash, KeyOfT> HT;
		typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> Self;

		Node* _node;
		HT* _pht;
		__HashIterator(Node* node, HT* pht)
			:_node(node)
			, _pht(pht)
		{}

		T& operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		T* operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		Self& operator++()
		{
			if (_node->_next)
			{
				// 当前桶中迭代
				_node = _node->_next;
			}
			else
			{
				// 找下一个桶
				Hash hash;
				KeyOfT kot;
				size_t i = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_tables.size();
				++i;

				for (; i < _pht->_tables.size(); ++i)
				{
					if (_pht->_tables[i])
					{
						_node = _pht->_tables[i];
						break;
					}
				}

				// 说明后面没有有数据的桶了
				if (i == _pht->_tables.size())
				{
					_node = nullptr;
				}
			}

			return *this;
		}

		bool operator!=(const Self& s) const
		{
			return _node != s._node;
		}

		bool operator==(const Self& s) const
		{
			return _node == s._node;
		}

	};

	template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
	class HashTable
	{
		typedef HashNode<T> Node;
		template<class K, class T, class Hash, class KeyOfT>
		friend struct __HashIterator;
	public:
		typedef __HashIterator<K, T, Hash, KeyOfT> iterator;
		iterator begin()
		{
			for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i)
			{
				if (_tables[i])
				{
					return iterator(_tables[i], this);
				}
			}

			return end();
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(nullptr, this);
		}



		~HashTable()
		{
			for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
			{
				Node* cur = _tables[i];
				while (cur)
				{
					Node* next = cur->_next;

					//头删
					delete cur;
					cur = next;
				}
				_tables[i] = nullptr;
			}
		}

		inline size_t __stl_next_prime(size_t n)
		{
			static const size_t __stl_num_primes = 28;
			static const size_t __stl_prime_list[__stl_num_primes] =
			{
				53, 97, 193, 389, 769,
				1543, 3079, 6151, 12289, 24593,
				49157, 98317, 196613, 393241, 786433,
				1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843,
				50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457,
				1610612741, 3221225473, 4294967291
			};

			for (size_t i = 0; i < __stl_num_primes; ++i)
			{
				if (__stl_prime_list[i] > n)
				{
					return __stl_prime_list[i];
				}
			}

			return -1;
		}


		pair<iterator, bool> Insert(const T& data)
		{
			KeyOfT kot;
			Hash hash;
			//去重
			iterator ret = Find(kot(data));
			if (ret != end())
			{
				return make_pair(ret, false);
			}

			//负载因子到了就扩容
			if (_tables.size() == _size)
			{
				//size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : 2 * _tables.size();
				vector<Node*> newTables;
					//newTables.resize(newSize, nullptr);
					newTables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()), nullptr);
				// 旧表中节点移动映射新表
				for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
				{
					Node* cur = _tables[i];
					while (cur)
					{
						Node* next = cur->_next;

						size_t hashi = hash(kot(cur->_data)) % newTables.size();
						//头插
						cur->_next = newTables[hashi];
						newTables[hashi] = cur;

						cur = next;
					}
					_tables[i] = nullptr;
				}
				_tables.swap(newTables);
			}

			size_t hashi = hash(kot(data)) % _tables.size();
			//头插
			Node * newNode = new Node(data);
			newNode->_next = _tables[hashi];
			_tables[hashi] = newNode;
			++_size;

			return make_pair(iterator(newNode, this), false);
		}

		iterator Find(const K& key)
		{
			if (Empty())
			{
				return end();
			}

			KeyOfT kot;
			Hash hash;
			size_t hashi = hash(key) % _tables.size();
			Node* cur = _tables[hashi];
			while (cur)
			{
				if (kot(cur->_data) == key)
				{
					//找到了
					return iterator(cur, this);
				}
				cur = cur->_next;
			}
			//未找到
			return end();
		}

		bool Empty() const
		{
			return _size == 0;
		}

		bool Erase(const K& key)
		{
			if (Empty())
			{
				return false;
			}
			Hash hash;
			int hashi = hash(key) % _tables.size();
			Node* cur = _tables[hashi];
			Node* prev = nullptr;
			while (cur)
			{

				if (key == kot(cur->_data))
				{
					if (prev)   //中间删
					{
						prev->_next = cur->_next;
					}
					else      //头删
					{
						_tables[hashi] = cur->_next;
					}
					delete cur;
					--_size;
					return true;
				}
				prev = cur;
				cur = cur->_next;
			}

			//未找到
			return false;
		}

		size_t Size()
		{
			return _size;
		}

		// 表的长度
		size_t TablesSize()
		{
			return _tables.size();
		}

		// 链桶的个数
		size_t BucketNum()
		{
			size_t num = 0;
			for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i)
			{
				if (_tables[i])
				{
					++num;
				}
			}

			return num;
		}

		//最长桶的链长
		size_t MaxBucketLenth()
		{
			size_t maxLen = 0;
			for (size_t i = 0; i < _tables.size(); ++i)
			{
				size_t len = 0;
				Node* cur = _tables[i];
				while (cur)
				{
					++len;
					cur = cur->_next;
				}

				//if (len > 0)
					//printf("[%d]号桶长度:%d\n", i, len);

				if (len > maxLen)
				{
					maxLen = len;
				}
			}

			return maxLen;
		}
	private:
		vector<Node*> _tables;
		size_t _size = 0;		// 存储有效数据个数
	};

}


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41
    • 42
    • 43
    • 44
    • 45
    • 46
    • 47
    • 48
    • 49
    • 50
    • 51
    • 52
    • 53
    • 54
    • 55
    • 56
    • 57
    • 58
    • 59
    • 60
    • 61
    • 62
    • 63
    • 64
    • 65
    • 66
    • 67
    • 68
    • 69
    • 70
    • 71
    • 72
    • 73
    • 74
    • 75
    • 76
    • 77
    • 78
    • 79
    • 80
    • 81
    • 82
    • 83
    • 84
    • 85
    • 86
    • 87
    • 88
    • 89
    • 90
    • 91
    • 92
    • 93
    • 94
    • 95
    • 96
    • 97
    • 98
    • 99
    • 100
    • 101
    • 102
    • 103
    • 104
    • 105
    • 106
    • 107
    • 108
    • 109
    • 110
    • 111
    • 112
    • 113
    • 114
    • 115
    • 116
    • 117
    • 118
    • 119
    • 120
    • 121
    • 122
    • 123
    • 124
    • 125
    • 126
    • 127
    • 128
    • 129
    • 130
    • 131
    • 132
    • 133
    • 134
    • 135
    • 136
    • 137
    • 138
    • 139
    • 140
    • 141
    • 142
    • 143
    • 144
    • 145
    • 146
    • 147
    • 148
    • 149
    • 150
    • 151
    • 152
    • 153
    • 154
    • 155
    • 156
    • 157
    • 158
    • 159
    • 160
    • 161
    • 162
    • 163
    • 164
    • 165
    • 166
    • 167
    • 168
    • 169
    • 170
    • 171
    • 172
    • 173
    • 174
    • 175
    • 176
    • 177
    • 178
    • 179
    • 180
    • 181
    • 182
    • 183
    • 184
    • 185
    • 186
    • 187
    • 188
    • 189
    • 190
    • 191
    • 192
    • 193
    • 194
    • 195
    • 196
    • 197
    • 198
    • 199
    • 200
    • 201
    • 202
    • 203
    • 204
    • 205
    • 206
    • 207
    • 208
    • 209
    • 210
    • 211
    • 212
    • 213
    • 214
    • 215
    • 216
    • 217
    • 218
    • 219
    • 220
    • 221
    • 222
    • 223
    • 224
    • 225
    • 226
    • 227
    • 228
    • 229
    • 230
    • 231
    • 232
    • 233
    • 234
    • 235
    • 236
    • 237
    • 238
    • 239
    • 240
    • 241
    • 242
    • 243
    • 244
    • 245
    • 246
    • 247
    • 248
    • 249
    • 250
    • 251
    • 252
    • 253
    • 254
    • 255
    • 256
    • 257
    • 258
    • 259
    • 260
    • 261
    • 262
    • 263
    • 264
    • 265
    • 266
    • 267
    • 268
    • 269
    • 270
    • 271
    • 272
    • 273
    • 274
    • 275
    • 276
    • 277
    • 278
    • 279
    • 280
    • 281
    • 282
    • 283
    • 284
    • 285
    • 286
    • 287
    • 288
    • 289
    • 290
    • 291
    • 292
    • 293
    • 294
    • 295
    • 296
    • 297
    • 298
    • 299
    • 300
    • 301
    • 302
    • 303
    • 304
    • 305
    • 306
    • 307
    • 308
    • 309
    • 310
    • 311
    • 312
    • 313
    • 314
    • 315
    • 316
    • 317
    • 318
    • 319
    • 320
    • 321
    • 322
    • 323
    • 324
    • 325
    • 326
    • 327
    • 328
    • 329

    2. 封装实现unordered_map

    • 注意：typename的使用–我们要取取类里面的类型而不是变量（例如：类的静态变量）需要说明。
    #pragma once
#include "HashTable.h"

namespace Ding
{
	template<class K, class V, class Hash = HashFunc<K>>
	class unordered_map
	{
		struct MapKeyOfT
		{
			const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};
	public:
		typedef typename  HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT> ::iterator iterator;

		iterator begin()
		{
			return _ht.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _ht.end();
		}

		pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv)
		{
			return _ht.Insert(kv);
		}

		V& operator[](const K& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = _ht.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}
	private:
		HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT> _ht;
	};

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38
    • 39
    • 40
    • 41

    3. 封装实现unordered_set

    • 注意：typename的使用–我们要取取类里面的类型而不是变量（例如：类的静态变量）需要说明。
    #pragma once

#include "HashTable.h"

namespace Ding
{
	template<class K, class Hash = HashFunc<K>>
	class unordered_set
	{
		struct MapKeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& val)
			{
				return val;
			}
		};
	public:
		typedef typename  HashBucket::HashTable<K, K, Hash, MapKeyOfT> ::iterator iterator;

		iterator begin()
		{
			return _ht.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _ht.end();
		}

		pair<iterator, bool> insert(const K& val)
		{
			return _ht.Insert(val);
		}

	private:
		HashBucket::HashTable<K, K, Hash, MapKeyOfT> _ht;
	};


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28
    • 29
    • 30
    • 31
    • 32
    • 33
    • 34
    • 35
    • 36
    • 37
    • 38

    4. 测试案例

    /unordered_map/

    	void test_map()
	{
		unordered_map<string, string> dict;
		dict.insert(make_pair("sort", "排序"));
		dict.insert(make_pair("right", "右边"));
		dict.insert(make_pair("left", "左边"));

		unordered_map<string, string>::iterator it = dict.begin();
		while (it != dict.end())
		{
			cout << it->first << ":" << it->second << endl;
			++it;
		}
		cout << endl;

		unordered_map<string, int> countMap;
		string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
		for (auto e : arr)
		{
			countMap[e]++;
		}

		for (auto& kv : countMap)
		{
			cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
		}
	}
}

    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20
    • 21
    • 22
    • 23
    • 24
    • 25
    • 26
    • 27
    • 28

    /unordered_set/

    	void test_set()
	{
		unordered_set<int> s;
		s.insert(2);
		s.insert(3);
		s.insert(1);
		s.insert(2);
		s.insert(5);

		unordered_set<int>::iterator it = s.begin();
		//auto it = s.begin();
		while (it != s.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
	}
}


    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6
    • 7
    • 8
    • 9
    • 10
    • 11
    • 12
    • 13
    • 14
    • 15
    • 16
    • 17
    • 18
    • 19
    • 20

    5. 测试结果

    在这里插入图片描述

  • 相关阅读:
    抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统，抖音矩阵系统。。
    UG NX二次开发(C#)--详细讲述编程模板NXOpen_CS_Wizard的代码意义，帮你轻松进入NXOpen(C#)二次开发
    【Python 实战】---- 使用【百度人像分割】实现一键批量抠图
    程序员转架构之路，竟被阿里用作内部晋升参考
    USB主机驱动器分析
    vue3 setup写法（语法糖版本）
    有序列表 – ol – li
    [附源码]计算机毕业设计springboot基于Java的员工管理系统
    SpringBoot的Spring Security用户授权和认证
    JAVA面试题整理《微服务篇》一
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/Dingyuan0/article/details/127816725