C++哈希表怎么封装出unordered_set和unordered_map

这篇文章主要介绍了C++哈希表怎么封装出unordered_set和unordered_map的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇C++哈希表怎么封装出unordered_set和unordered_map文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

封装前的哈希代码

namespace HashBucket{template<class K,class V>struct HashNode{pair<K, V> _kv;HashNode* _next;HashNode(const pair<K, V>& kv):_kv(kv), _next(nullptr){}};template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>class HashTable{typedef HashNode<K,V> Node;public:Node* Find(const K& key)//Find函数返回值一般都是指针，通过指针访问这个自定义类型的成员{Hash hash;if (_tables.size() == 0)//表的大小为0，防止取余0{return nullptr;}size_t index = hash(key) % _tables.size();//找到桶号Node* cur = _tables[index];while (cur){if (cur->_kv.first == key){return cur;}else{cur = cur->_next;}}return nullptr;}size_t GetNextPrime(size_t prime){const int PRIMECOUNT = 28;static const size_t primeList[PRIMECOUNT] ={53ul, 97ul, 193ul, 389ul, 769ul,1543ul, 3079ul, 6151ul, 12289ul, 24593ul,49157ul, 98317ul, 196613ul, 393241ul, 786433ul,1572869ul, 3145739ul, 6291469ul, 12582917ul, 25165843ul,50331653ul, 100663319ul, 201326611ul, 402653189ul, 805306457ul,1610612741ul, 3221225473ul, 4294967291ul};//ul表示unsigned longsize_t i = 0;for (; i < PRIMECOUNT; ++i){if (primeList[i] > prime)return primeList[i];}return primeList[i];}bool Insert(const pair<K, V>& kv){if (Find(kv.first))//有相同的key直接返回false{return false;}//if(_n==0||_n==_tables.size())Hash hash;if (_n == _tables.size())//最开始_n为0，而_tables.size()也为0所以可以简化为一行代码{//增容//size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : _tables.size() * 2;size_t newSize = GetNextPrime(_tables.size());vector<Node*>newTables;newTables.resize(newSize, nullptr);for (int i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;//记录下一个位置size_t index = hash(cur->_kv.first) % newTables.size();cur->_next = newTables[index];//cur当头newTables[index] = cur;//更新vector里的头cur = next;}}_tables.swap(newTables);//把新表的数据放入旧表中}size_t index = hash(kv.first) % _tables.size();//算出桶号//头插Node* newNode = new Node(kv);newNode->_next = _tables[index];_tables[index]=newNode;++_n;//别忘记更新有效数据的个数return true;}bool Erase(const K& key){ //if (!Find(key))//找不到这个元素 // 这么写也可以，但是后面删除的过程中会顺带遍历整个桶//{//return false;//}if (_tables.size() == 0)//哈希表为空{return false;}Hash hash;size_t index = hash(key) % _tables.size();Node* cur = _tables[index];Node* prev = nullptr;//记录前一个位置while (cur){if (cur->_kv.first == key)//找到这个元素了{if(cur==_tables[index])//元素是头结点{_tables[index] = cur->_next;}else//不是头结点{prev->_next = cur->_next;}delete cur;cur = nullptr;_n--;return true;}else{prev = cur;cur = cur->_next;}}return false;}~HashTable()//哈希桶采用的链表结构 需要释放每个链表{for (int i=0;i<_tables.size();i++){Node* cur = _tables[i];if (cur == nullptr){continue;}else{cur = cur->_next;}while (cur){Node* next = cur->_next;delete cur;cur = next;}_tables[i] = nullptr;}_n = 0;}HashTable() {};private:vector<Node*>_tables;//存的是链表首元素的指针size_t _n=0;//有效数据};

泛型

封装时想直接搭出unordered_set/unordered_map的结构,发现行不通

于是从哈希表的结构入手，先把一些类型改成泛型

template<class T>struct HashNode{T _data;HashNode* _next;HashNode(const T&data):_data(data), _next(nullptr){}};

结点的KV结构改成T ,改变结点的类型后HashTable里的结点类型也需要更改

typedef HashNode<K,V>的模板也需要改为typedef HashNode Node;

获取key

明确unordered_map是KV结构，unordered_set是K模型的结构。

获取key后可以做很多事情，比如查找和算出桶号

封装前哈希结点的类型是pair<K,V>，现在的类型是T。

pair<K,V>kv , 可以通过kv.first来获取key。

默认int、double、string等类型的key就是本身。（也可以自定义）

类型T既可能是pair也可能是一个int类型等等，那应该怎么得到类型T的key？借助模板+仿函数。

以unordered_map为例

unordered_map类中实现仿函数

哈希表中增加一个模板参数KeyOfT来获取T类型的Key

同理unordered_set里仿函数的实现

之后把所有与.first有关的都用模板实例化的kot来获取key

自定义哈希规则

去掉哈希表模板参数里哈希函数的默认值 在unordered_set/unordered_map加上第三个模板参数Hash自定义哈希规则

封装前的哈希表

template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>class HashTable{};

现在的哈希表

template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>//去掉哈希表的默认值，哈希函数由unordered_map传入class HashTable{};template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>class unordered_map{    private:HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT,Hash> _ht;};

解释：实例化对象时便可以传入模板参数达到自自定义哈希规则的效果。

哈希表模板参数解释

template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>

看完上面的对这四个参数应该有大概的了解了。这里一齐解释一下为什么这么写。

第一个参数K：key的类型就是K。查找函数是根据key来查找的，所以需要K。

第二个参数T：哈希表结点存储的数据类型。比如int，double，pair,string等。

第三个参数KeyOfT：拿到T类型(结点数据类型)的key。

第四个参数Hash：表示使用的哈希函数

//哈希函数template<class K>struct HashFunc{const K& operator()(const K& key){return key;}};template<>//针对string的模板特化struct HashFunc <string>{size_t operator()(const string& key){size_t value = 0;for (auto e : key){value = value * 13 + (size_t)e;//*131是BKDR发明的字符串哈希算法，*131等数效率更高}return value;}};

HashFunc（kot(T)） 取出这个类型的key的映射值

迭代器

unordered_set/unordered_map的迭代器是单向迭代器

迭代器只能++，不能 &ndash;

结构

Self表示自己

operator++()

前置++

实现思路：如果当前结点的下一个不为空 直接访问即可

如果下一个结点为空，就得找下一个桶 怎么找？根据当前指向的数据算出桶号，再把桶号+1，一直往后面找，直到找到一个桶不为空，或者找完了整个容器都没找到，就返回空

Self& operator++()//找到桶的下一个元素{Hash hash;KeyOfT kot;Node* tmp = _node;//记录当前位置，用来计算当前桶号_node = _node->_next;//当前元素肯定不为空 所以不会有空指针引用的问题//如果下一个为空，就找下一个不为空的桶if (_node == nullptr)//下一个元素为空{//找下一个不为空的桶，所以需要传入这张表size_t index = hash(kot(tmp->_data)) % (_ht->_tables.size());index++;while (index < _ht->_tables.size() && _ht->_tables[index] == nullptr)//一直往后找{index++;}if (index == _ht->_tables.size())//找到最后一个元素了仍然没找到，说明当前已经是最后一个元素了{_node = nullptr;}else{_node = _ht->_tables[index];}return *this;}else//下一个元素不为空{return *this;}}

构造函数

构造函数得到结点所在的哈希表

HTIterator(Node* node, HT* ht)//不仅需要知道指向的结点，由于++需要找下一个桶，所以需要哈希结点所在的哈希表:_node(node), _ht(ht){}

重载运算符

重载除了++以外的一些运算符

T* operator->()//auto it=m.begin()  *it可以拿到数据,所以返回值是T*{return &(_node->_data);}T& operator*(){return _node->_data;}bool operator!= (const Self& s)const{return s._node != _node;}

T为pair时可以通过it->first拿到key。

小问题

你会发现这样一个现象，迭代器里面用了哈希表，哈希表里用了迭代器，也即两个类互相引用

如果迭代器写在哈希表前面，那么编译时编译器就会发现哈希表是无定义的（编译器只会往前/上找标识符）。

如果哈希表写在迭代器前面，那么编译时编译器就会发现迭代器是无定义的。

为了解决这个问题，得用一个前置声明解决，即在迭代器和哈希表的定义前加一个类的声明。

template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable;//模板需要也需要进行声明template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>struct HTIterator{};...template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable{};//具体实现

迭代器里借助一个指针访问了哈希表的数据。但是哈希表的数据被private修饰，所以在类外不能访问，用友元解决。

在哈希表里面声明迭代器友元类（表示迭代器是哈希表的朋友，可以访问哈希表所有的数据）

const pair<const K,V>!=const pair<K,V>

写代码时的一个bug

相关的例子

解释：调试看了一下地址，传进仿函数的时候参数用的引用接收，但是因为类型不同，所以仿函数参数接收时进行了一次拷贝才拿到了sort和排序两个字符串，但也因此那个参数成临时变量了，所以返回了一块被销毁的空间的引用 为什么变成空串？因为string析构后那块空间成空串了

简单来说 仿函数没有拿到真实的那块空间 而是拷贝后形参的空间

不能识别迭代器是类型还是成员导致模板报错，加上typename解决。

typedef typename HashBucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT, Hash>::iterator iterator;

typename是告诉编译器这是一个类型 等这个类实例化了再去找里面的东西

代码汇总

Hash.h

namespace ck{template<class K>struct HashFunc{const K& operator()(const K& key){return key;}};template<>struct HashFunc <string>{size_t operator()(const string& key){size_t value = 0;for (auto e : key){value = value * 13 + (size_t)e;//*131是BKDR发明的字符串哈希算法，*131等数效率更高}return value;}};namespace HashBucket{template<class T>struct HashNode{T _data;HashNode* _next;HashNode(const T&data):_data(data), _next(nullptr){}};template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable;template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>struct HTIterator{typedef HTIterator<K, T, KeyOfT, Hash> Self;//自身typedef HashNode<T> Node;typedef HashTable<K, T, KeyOfT, Hash> HT;Node* _node;//通过Node*去访问数据 不过自定义类型++不能访问到下一个元素，所以需要封装HT* _ht;HTIterator(Node* node, HT* ht)//不仅需要知道指向的结点，由于++需要找下一个桶，所以需要哈希结点所在的哈希表:_node(node), _ht(ht){}Self& operator++()//找到桶的下一个元素{Hash hash;KeyOfT kot;//const K& key = kot(_node->_data);//记录这个不为空元素的key  有问题类型不匹配导致接收到的key是空串Node* tmp = _node;_node = _node->_next;//当前元素肯定不为空 所以不会有空指针引用的问题//如果下一个为空，就找下一个不为空的桶if (_node == nullptr)//下一个元素为空{//找下一个不为空的桶，所以需要传入这张表size_t index = hash(kot(tmp->_data)) % (_ht->_tables.size());index++;while (index < _ht->_tables.size() && _ht->_tables[index] == nullptr)//一直往后找{index++;}if (index == _ht->_tables.size())//找到最后一个元素了仍然没找到，说明当前已经是最后一个元素了{_node = nullptr;}else{_node = _ht->_tables[index];}return *this;}else//下一个元素不为空{return *this;}}T* operator->()//auto it=m.begin()  ‘it->' 去访问数据成员所以返回值是T*{return &(_node->_data);}T& operator*(){return _node->_data;}bool operator!= (const Self& s)const{return s._node != _node;}};template<class K, class T,  class KeyOfT, class Hash>class HashTable{typedef HashNode<T> Node;public:template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>friend struct HTIterator;Node* Find(const K& key)//Find函数返回值一般都是指针，通过指针访问这个自定义类型的成员{Hash hash;KeyOfT kot;if (_tables.size() == 0)//表的大小为0，防止取余0{return nullptr;}size_t index = hash(key) % _tables.size();//找到桶号Node* cur = _tables[index];while (cur){if (kot(cur->_data) == key){return cur;}else{cur = cur->_next;}}return nullptr;}size_t GetNextPrime(size_t prime){const int PRIMECOUNT = 28;static const size_t primeList[PRIMECOUNT] ={53ul, 97ul, 193ul, 389ul, 769ul,1543ul, 3079ul, 6151ul, 12289ul, 24593ul,49157ul, 98317ul, 196613ul, 393241ul, 786433ul,1572869ul, 3145739ul, 6291469ul, 12582917ul, 25165843ul,50331653ul, 100663319ul, 201326611ul, 402653189ul, 805306457ul,1610612741ul, 3221225473ul, 4294967291ul};//ul表示unsigned longsize_t i = 0;for (; i < PRIMECOUNT; ++i){if (primeList[i] > prime)return primeList[i];}return primeList[i];}typedef HTIterator<K,T,KeyOfT,Hash> iterator;iterator begin(){for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){if (_tables[i]){return iterator(_tables[i], this);}}return iterator(nullptr, this);}iterator end(){return iterator(nullptr, this);//第二个指针就是自己}pair<iterator,bool> Insert(const T& data){KeyOfT kot;Node* tmp = Find(kot(data));if (tmp)//有相同的key直接返回false{return make_pair(iterator(tmp, this), false);}//if(_n==0||_n==_tables.size())Hash hash;if (_n == _tables.size())//最开始_n为0，而_tables.size()也为0所以可以简化为一行代码{//增容//size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : _tables.size() * 2;size_t newSize = GetNextPrime(_tables.size());vector<Node*>newTables;newTables.resize(newSize, nullptr);for (int i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;//记录下一个位置size_t index = hash(kot(cur->_data)) % newTables.size();cur->_next = newTables[index];//cur当头newTables[index] = cur;//更新vector里的头cur = next;}}_tables.swap(newTables);//把新表的数据放入旧表中}size_t index = hash(kot(data)) % _tables.size();//算出桶号//头插Node* newNode = new Node(data);newNode->_next = _tables[index];_tables[index] = newNode;++_n;//别忘记更新有效数据的个数return make_pair(iterator(newNode, this), true);}bool Erase(const K& key){//if (!Find(key))//找不到这个元素 // 这么写也可以，但是后面删除的过程中会顺带遍历整个桶//{//return false;//}if (_tables.size() == 0)//哈希表为空{return false;}Hash hash;KeyOfT kot;size_t index = hash(key) % _tables.size();Node* cur = _tables[index];Node* prev = nullptr;//记录前一个位置while (cur){if (kot(cur->_data) == key)//找到这个元素了{if (cur == _tables[index])//元素是头结点{_tables[index] = cur->_next;}else//不是头结点{prev->_next = cur->_next;}delete cur;cur = nullptr;_n--;return true;}else{prev = cur;cur = cur->_next;}}return false;}~HashTable()//哈希桶采用的链表结构 需要释放每个链表{for (int i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];if (cur == nullptr){continue;}else{cur = cur->_next;}while (cur){Node* next = cur->_next;delete cur;cur = next;}_tables[i] = nullptr;}_n = 0;}HashTable() {};private:vector<Node*>_tables;//存的是链表首元素的指针size_t _n = 0;//有效数据};}}

MyUnordered_map.h

#include "Hash.h"namespace ck{template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>class unordered_map{struct MapKeyOfT{const K& operator()(const pair< K, V>& kv) const{return kv.first;}};typedef typename HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, Hash>::iterator iterator;public:iterator begin(){return _ht.begin();}iterator end(){return  _ht.end();}pair<iterator, bool> insert(const pair<const K,V>& kv){return _ht.Insert(kv);}bool erase(const K& key){return _ht.Erase(key);}bool find(const K& key){return _ht.Find(key);}V& operator[](const K& key){auto it = insert(make_pair(key, V()));return (it.first)->second;}private:HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT,Hash> _ht;};}

MyUnordered_set.h

#include "Hash.h"namespace ck{template<class K,class Hash=HashFunc<K>>class unordered_set{struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key){return key;}};public:typedef typename HashBucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT, Hash>::iterator iterator;public:iterator begin(){return _ht.begin();}iterator end(){return  _ht.end();}pair<iterator, bool> insert(const K& kv){return _ht.Insert(kv);}bool erase(const K& key){return _ht.Erase(key);}bool find(const K& key){return _ht.Find(key);}private:HashBucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT, Hash> _ht;};private:    HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT,Hash> _ht;    };}

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