当前位置: 首页 > java >正文

用哈希表封装myunordered_map和 myunordered_set(沉淀中)

文章目录

  • 1. 源码及框架分析
  • 2. 模拟实现unordered_map和unordered_set
    • 2.1 实现出复⽤哈希表的框架,并⽀持insert
    • 2.2 ⽀持iterator的实现
      • iterator核⼼源代码
      • iterator实现思路分析
    • 2.3 map⽀持[]
    • 2.4 st::unordered_map和st::unordered_set代码实现
  • 总结

1. 源码及框架分析

SGI-STL30版本源代码中没有unordered_map和unordered_set,SGI-STL30版本是C++11之前的STL版本,这两个容器是C++11之后才更新的。但是SGI-STL30实现了哈希表,只容器的名字是hash_map和hash_set,他是作为⾮标准的容器出现的,⾮标准是指⾮C++标准规定必须实现的,源代码在hash_map/hash_set/stl_hash_map/stl_hash_set/stl_hashtable.h中hash_map和hash_set的实现结构框架核⼼部分截取出来如下

// stl_hash_set
template <class Value, class HashFcn = hash<Value>,
class EqualKey = equal_to<Value>,
class Alloc = alloc>
class hash_set
{
private:
typedef hashtable<Value, Value, HashFcn, identity<Value>,
EqualKey, Alloc> ht;
ht rep;
public:
typedef typename ht::key_type key_type;
typedef typename ht::value_type value_type;
typedef typename ht::hasher hasher;
typedef typename ht::key_equal key_equal;
typedef typename ht::const_iterator iterator;
typedef typename ht::const_iterator const_iterator;
hasher hash_funct() const { return rep.hash_funct(); }
key_equal key_eq() const { return rep.key_eq(); }
};
// stl_hash_map
template <class Key, class T, class HashFcn = hash<Key>,
class EqualKey = equal_to<Key>,
class Alloc = alloc>
class hash_map
{
private:
typedef hashtable<pair<const Key, T>, Key, HashFcn,
select1st<pair<const Key, T> >, EqualKey, Alloc> ht;
ht rep;
public:
typedef typename ht::key_type key_type;
typedef T data_type;
typedef T mapped_type;
typedef typename ht::value_type value_type;
typedef typename ht::hasher hasher;
typedef typename ht::key_equal key_equal;
typedef typename ht::iterator iterator;
typedef typename ht::const_iterator const_iterator;
};
// stl_hashtable.h
template <class Value, class Key, class HashFcn,
class ExtractKey, class EqualKey,
class Alloc>
class hashtable {
public:
typedef Key key_type;
typedef Value value_type;
typedef HashFcn hasher;
typedef EqualKey key_equal;
private:
hasher hash;
key_equal equals;
ExtractKey get_key;
typedef __hashtable_node<Value> node;
vector<node*,Alloc> buckets;
size_type num_elements;
public:
typedef __hashtable_iterator<Value, Key, HashFcn, ExtractKey, EqualKey,
Alloc> iterator;
pair<iterator, bool> insert_unique(const value_type& obj);
const_iterator find(const key_type& key) const;
};
template <class Value>
struct __hashtable_node
{
__hashtable_node* next;
Value val;
};

(1)这⾥我们就不再画图分析了,通过源码可以看到,结构上hash_map和hash_set跟map和set的完全类似,复⽤同⼀个hashtable实现key和key/value结构,hash_set传给hash_table的是两个key,hash_map传给hash_table的是pair<const key, value>
(2)需要注意的是源码⾥⾯跟map/set源码类似,命名⻛格⽐较乱,这⾥⽐map和set还乱,hash_set模板参数居然⽤的Value命名hash_map⽤的是Key和T命名,可⻅⼤佬有时写代码也不规范,乱弹琴。下⾯我们模拟⼀份⾃⼰的出来,就按⾃⼰的⻛格⾛了。

2. 模拟实现unordered_map和unordered_set

参考源码框架,unordered_map和unordered_set复⽤之前我们实现的哈希表。
• 我们这⾥相⽐源码调整⼀下,key参数就⽤K,value参数就⽤V,哈希表中的数据类型,我们使⽤
T。
• 其次跟map和set相⽐⽽⾔unordered_map和unordered_set的模拟实现类结构更复杂⼀点,但是⼤框架和思路是完全类似的。因为HashTable实现了泛型不知道T参数导致是K,还是pair<K, V>,那么insert内部进⾏插⼊时要⽤K对象转换成整形取模和K⽐较相等,因为pair的value不参与计算取模,且默认⽀持的是key和value⼀起⽐较相等,我们需要时的任何时候只需要⽐较K对象,所以我们在unordered_map和unordered_set层分别实现⼀个MapKeyOfT和SetKeyOfT的仿函数传给
HashTable的KeyOfT,然后HashTable中通过KeyOfT仿函数取出T类型对象中的K对象,再转换成整形取模和K⽐较相等,具体细节参考如下代码实现。
unorderedset.h

namespace st
{template<class K, class Hash = HashFunc<K>>class unordered_set{struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key){return key;}};public:bool insert(const K& key){return _ht.Insert(key);}private:hash_bucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT, Hash> _ht;};
}

2.1 实现出复⽤哈希表的框架,并⽀持insert

2.2 ⽀持iterator的实现

iterator核⼼源代码

template <class Value, class Key, class HashFcn,
class ExtractKey, class EqualKey, class Alloc>
struct __hashtable_iterator {
typedef hashtable<Value, Key, HashFcn, ExtractKey, EqualKey, Alloc>
hashtable;
typedef __hashtable_iterator<Value, Key, HashFcn,
ExtractKey, EqualKey, Alloc>
iterator;
typedef __hashtable_const_iterator<Value, Key, HashFcn,
ExtractKey, EqualKey, Alloc>
const_iterator;
typedef __hashtable_node<Value> node;
typedef forward_iterator_tag iterator_category;
typedef Value value_type;
node* cur;
hashtable* ht;
__hashtable_iterator(node* n, hashtable* tab) : cur(n), ht(tab) {}
__hashtable_iterator() {}
reference operator*() const { return cur->val; }
#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR
pointer operator->() const { return &(operator*()); }
#endif /* __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR */
iterator& operator++();
iterator operator++(int);
bool operator==(const iterator& it) const { return cur == it.cur; }
bool operator!=(const iterator& it) const { return cur != it.cur; }
};
template <class V, class K, class HF, class ExK, class EqK, class A>
__hashtable_iterator<V, K, HF, ExK, EqK, A>&
__hashtable_iterator<V, K, HF, ExK, EqK, A>::operator++()
{
const node* old = cur;
cur = cur->next;
if (!cur) {
size_type bucket = ht->bkt_num(old->val);
while (!cur && ++bucket < ht->buckets.size())
cur = ht->buckets[bucket];
}
return *this;
}

unorderedmap.h

namespace st
{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:bool insert(const pair<K, V>& kv){return _ht.Insert(kv);}private:hash_bucket::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, Hash> _ht;};
}

Hashtable.h

template<class K>
struct HashFunc
{size_t operator()(const K& key){return (size_t)key;}
};
namespace hash_bucket
{template<class T>struct HashNode{T _data;HashNode<T>* _next;HashNode(const T& data):_data(data), _next(nullptr){}};// 实现步骤:// 1、实现哈希表// 2、封装unordered_map和unordered_set的框架 解决KeyOfT// 3、iterator// 4、const_iterator// 5、key不⽀持修改的问题// 6、operator[]template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable{typedef HashNode<T> Node;inline unsigned long __stl_next_prime(unsigned long n){static const int __stl_num_primes = 28;static const unsigned long __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};const unsigned long* first = __stl_prime_list;const unsigned long* last = __stl_prime_list + __stl_num_primes;const unsigned long* pos = lower_bound(first, last, n);return pos == last ? *(last - 1) : *pos;}public:HashTable(){_tables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()), nullptr);} ~HashTable(){// 依次把每个桶释放for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;delete cur;cur = next;}_tables[i] = nullptr;}} bool Insert(const T& data){KeyOfT kot;if (Find(kot(data)))return false;Hash hs;size_t hashi = hs(kot(data)) % _tables.size();// 负载因⼦==1扩容if (_n == _tables.size()){vector<Node*> newtables(__stl_next_prime(_tables.size()),nullptr);for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;// 旧表中结点,挪动新表重新映射的位置size_t hashi = hs(kot(cur->_data)) % newtables.size();// 头插到新表cur->_next = newtables[hashi];newtables[hashi] = cur;cur = next;}_tables[i] = nullptr;} _tables.swap(newtables);}// 头插Node * newnode = new Node(data);newnode->_next = _tables[hashi];_tables[hashi] = newnode;++_n;return true;}private:vector<Node*> _tables; // 指针数组size_t _n = 0; // 表中存储数据个数};
}

iterator实现思路分析

iterator实现的⼤框架跟list的iterator思路是⼀致的,⽤⼀个类型封装结点的指针,再通过重载运算符实现,迭代器像指针⼀样访问的⾏为,要注意的是哈希表的迭代器是单向迭代器。
• 这⾥的难点是operator++的实现。iterator中有⼀个指向结点的指针,如果当前桶下⾯还有结点,
则结点的指针指向下⼀个结点即可。如果当前桶⾛完了,则需要想办法计算找到下⼀个桶。这⾥的难点是反⽽是结构设计的问题,参考上⾯的源码,我们可以看到iterator中除了有结点的指针,还有哈希表对象的指针,这样当前桶⾛完了,要计算下⼀个桶就相对容易多了,⽤key值计算出当前桶位置,依次往后找下⼀个不为空的桶即可。
• begin()返回第⼀个桶中第⼀个节点指针构造的迭代器,这⾥end()返回迭代器可以⽤空表⽰。
• unordered_set的iterator也不⽀持修改,我们把unordered_set的第⼆个模板参数改成const K即可HashTable<K, const K, SetKeyOfT, Hash> _ht;
• unordered_map的iterator不⽀持修改key但是可以修改value,我们把unordered_map的第⼆个模板参数pair的第⼀个参数改成const K即可, HashTable<K, pair<const K, V>,MapKeyOfT, Hash> _ht;⽀持完整的迭代器还有很多细节需要修改,具体参考下⾯题的代码。
在这里插入图片描述

2.3 map⽀持[]

unordered_map要⽀持[]主要需要修改insert返回值⽀持,修改HashTable中的insert返回值为
pair<Iterator, bool> Insert(const T& data)
• 有了insert⽀持[]实现就很简单了,具体参考下⾯代码实现

2.4 st::unordered_map和st::unordered_set代码实现

unordered_set.h

namespace st
{template<class K, class Hash = HashFunc<K>>class unordered_set{struct SetKeyOfT{const K& operator()(const K& key){return key;}};public:typedef typename hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT,Hash>::Iterator iterator;typedef typename hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT,Hash>::ConstIterator const_iterator;iterator begin(){return _ht.Begin();} iterator end(){return _ht.End();} const_iterator begin() const{return _ht.Begin();} const_iterator end() const{return _ht.End();} pair<iterator, bool> insert(const K& key){return _ht.Insert(key);} iterator Find(const K& key){return _ht.Find(key);} bool Erase(const K& key){return _ht.Erase(key);}private:hash_bucket::HashTable<K, const K, SetKeyOfT, Hash> _ht;};void test_set(){unordered_set<int> s;int a[] = { 4, 2, 6, 1, 3, 5, 15, 7, 16, 14, 3,3,15 };for (auto e : a){s.insert(e);} for (auto e : s){cout << e << " ";} cout << endl;unordered_set<int>::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){// 不⽀持修改//*it += 1;cout << *it << " ";++it;} cout << endl;}
}

unordered_set.h

namespace st
{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 hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>,MapKeyOfT, Hash>::Iterator iterator;typedef typename hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>,MapKeyOfT, Hash>::ConstIterator const_iterator;iterator begin(){return _ht.Begin();}iterator end(){return _ht.End();}const_iterator begin() const{return _ht.Begin();}const_iterator end() const{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;}iterator Find(const K& key){return _ht.Find(key);} bool Erase(const K& key){return _ht.Erase(key);}private:hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT, Hash> _ht;};void test_map(){unordered_map<string, string> dict;dict.insert({ "sort", "排序" });dict.insert({ "left", "左边" });dict.insert({ "right", "右边" });dict["left"] = "左边,剩余";dict["insert"] = "插⼊";dict["string"];unordered_map<string, string>::iterator it = dict.begin();while (it != dict.end()){// 不能修改first,可以修改second//it->first += 'x';it->second += 'x';cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;} cout << endl;}
}

Hash.h

template<class K>
struct HashFunc
{size_t operator()(const K& key){return (size_t)key;}
};
// 特化
template<>
struct HashFunc<string>
{size_t operator()(const string& key){size_t hash = 0;for (auto e : key){hash *= 131;hash += e;} return hash;}
};
namespace hash_bucket
{template<class T>struct HashNode{T _data;HashNode<T>* _next;HashNode(const T& data):_data(data), _next(nullptr)// 前置声明template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable;template<class K, class T, class Ptr, class Ref, class KeyOfT, class Hash>struct HTIterator{typedef HashNode<T> Node;typedef HTIterator<K, T, Ptr, Ref, KeyOfT, Hash> Self;Node* _node;const HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>* _pht;HTIterator(Node* node, const HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>* pht):_node(node), _pht(pht){}Ref operator*(){return _node->_data;} Ptr operator->(){return &_node->_data;} bool operator!=(const Self& s){return _node != s._node;} Self& operator++(){if (_node->_next){// 当前桶还有节点_node = _node->_next;} else{// 当前桶⾛完了,找下⼀个不为空的桶KeyOfT kot;Hash hs;size_t hashi = hs(kot(_node->_data)) % _pht -> _tables.size();++hashi;while (hashi < _pht->_tables.size()){if (_pht->_tables[hashi]){break;} ++hashi;} if(hashi == _pht->_tables.size()){_node = nullptr; // end()}else{_node = _pht->_tables[hashi];}}return* this;}};template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>class HashTable{// 友元声明template<class K, class T, class Ptr, class Ref, class KeyOfT, classHash>friend struct HTIterator;typedef HashNode<T> Node;public:typedef HTIterator<K, T, T*, T&, KeyOfT, Hash> Iterator;typedef HTIterator<K, T, const T*, const T&, KeyOfT, Hash>ConstIterator;Iterator Begin(){if (_n == 0)return End();for(size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];if (cur){return Iterator(cur, this);}} return End();} Iterator End(){return Iterator(nullptr, this);} ConstIterator Begin() const{if (_n == 0)return End();for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];if (cur){return ConstIterator(cur, this);}} return End();} ConstIterator End() const{return ConstIterator(nullptr, this);}inline unsigned long __stl_next_prime(unsigned long n){static const int __stl_num_primes = 28;static const unsigned long __stl_prime_list[__stl_num_primes] ={49157, 98317, 196613, 393241, 786433,1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843,50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457,1610612741, 3221225473, 4294967291};const unsigned long* first = __stl_prime_list;const unsigned long* last = __stl_prime_list +__stl_num_primes;const unsigned long* pos = lower_bound(first, last, n);return pos == last ? *(last - 1) : *pos;}HashTable(){_tables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()), nullptr);} ~HashTable(){// 依次把每个桶释放for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;delete cur;cur = next;} _tables[i] = nullptr;}} pair<Iterator, bool> Insert(const T& data){KeyOfT kot;Iterator it = Find(kot(data));if (it != End())return make_pair(it, false);Hash hs;size_t hashi = hs(kot(data)) % _tables.size();// 负载因⼦==1扩容if (_n == _tables.size()){vector<Node*>newtables(__stl_next_prime(_tables.size() + 1), nullptr);for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;// 旧表中节点,挪动新表重新映射的位置size_t hashi = hs(kot(cur->_data)) %newtables.size();// 头插到新表cur->_next = newtables[hashi];newtables[hashi] = cur;cur = next;} _tables[i] = nullptr;} _tables.swap(newtables);} 
// 头插Node * newnode = new Node(data);newnode->_next = _tables[hashi];_tables[hashi] = newnode;++_n;return make_pair(Iterator(newnode, this), true);} Iterator Find(const K& key){KeyOfT kot;Hash hs;size_t hashi = hs(key) % _tables.size();Node* cur = _tables[hashi];while (cur){if (kot(cur->_data) == key){return Iterator(cur, this);}cur = cur->_next;} return End();} bool Erase(const K& key){KeyOfT kot;Hash hs;size_t hashi = hs(key) % _tables.size();Node* prev = nullptr;Node* cur = _tables[hashi];while (cur){if (kot(cur->_data) == key){if (prev == nullptr){_tables[hashi] = cur->_next;} else{prev->_next = cur->_next;} delete cur;--_n;return true;} prev = cur;cur = cur->_next;} return false;}private:vector<Node*> _tables; // 指针数组size_t _n = 0; // 表中存储数据个数};
}

总结

以上就是用哈希表封装myunordered_map和 myunordered_set(沉淀中)。

http://www.xdnf.cn/news/13249.html

相关文章:

  • 【Linux基础知识系列】第十七篇-使用Docker进行容器管理
  • 华为OD机试_2025 B卷_相对开音节(Python,100分)(附详细解题思路)
  • 大语言模型原理与书生大模型提示词工程实践-学习笔记
  • 目标跟踪_学习
  • GNSS位移监测站的作用
  • 龙蜥开发者说:我的龙蜥开源之旅 | 第 32 期
  • 寄存器被改写问题总结
  • 有符号变量与无符号变量的区别和联系
  • CANopen转Modbus TCP转换器助生产线智能化升级
  • 意图分类策略选择:小模型微调 vs 大模型 Prompt
  • 21、Create React App的使用
  • Vim 删除命令完整学习笔记
  • RocketMQ acl2.0使用体会:复杂度增加,安全性仍有欠缺
  • JS手写代码篇---手写浅拷贝
  • 376. Wiggle Subsequence
  • Golang dig框架与GraphQL的完美结合
  • IK分词器
  • K8S认证|CKS题库+答案| 11. AppArmor
  • 用纯.NET开发并制作一个智能桌面机器人(五):使用.NET为树莓派开发Wifi配网功能
  • 【Docke基础】Docker简介与快速入门:从概念到核心优势
  • Ynoi数据结构题单练习1
  • 解决启动SpringBoot是报错Command line is too long的问题
  • shell脚本--常见案例
  • 树莓派超全系列教程文档--(62)使用rpicam-app通过网络流式传输视频
  • 安装HomeBrew
  • 软考 系统架构设计师系列知识点之杂项集萃(86)
  • win11 mysql解压版本安装及配置
  • 【强化学习】TD-MPC论文解读
  • STM32标准库-DMA直接存储器存取
  • 服务器数据恢复—ocfs2文件系统被误格式化为Ext4文件系统的数据恢复案例