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C++ unordered_set unordered_map

web 2025/5/3 12:48:34

上篇文章我们讲解了哈希表的实现，这节尝试使用哈希表来封装unordered_set/map

1. unordered_set/map的框架

封装的过程实际上与set/map类似，在unordered_set/map层传递一个仿函数，用于取出key值

由于我们平常使用的都是unordered_set/map，因此哈希函数应在unordered_set/map层作为参数传递给哈希表

// unordered_set.h
template<typename K>
struct HashFunc
{size_t operator()(const K& key){return (size_t)key;}
};template<>
struct HashFunc<string>
{size_t operator()(const string& s){size_t ans = 0;for (auto& e : s){ans *= 131;ans += e;}return ans;}
};namespace byh
{template<typename K, typename Hash = HashFunc<K>>class unordered_set{struct KeyOfSet{const K& operator()(const K& key){return key;}};public:bool insert(const K& key){return _table.insert(key);}private:hash_bucket::HashTable<K, K, KeyOfSet, Hash> _table;};
}// unordered_map.h
namespace byh
{template<typename K, typename V, typename Hash = HashFunc<K>>class unordered_map{struct KeyOfMap{const K& operator()(const pair<K, V>& kv){return kv.first;}};public:bool insert(const pair<K, V>& kv){return _table.insert(kv);}private:hash_bucket::HashTable<K, pair<K, V>, KeyOfMap, Hash> _table;};
}

2. 迭代器

在unordered_set/map这里，迭代器是对哈希节点指针的封装

遍历过程中，如果当前节点的next不为空，则直接迭代到下一节点；如果当前节点的next为空，则迭代到下一个不为空的桶

在这里插入图片描述

因此，迭代器中仅仅有节点的指针还不够，还要有哈希表；迭代器在构造时将节点的指针和哈希表的指针作为参数传递

但由于table在哈希表中是私有成员，迭代器类中不能直接访问table，这里有两种解决方法

将迭代器类声明为哈希表的友元类
在哈希表中使用内部类创建迭代器类，内部类天然就是外部类的友元类

// 友元的做法
template<typename K, typename T, typename KeyOfT, typename Hash>
class HashTable;template<typename K, typename T, typename Ref, typename Ptr, typename KeyOfT, typename Hash>
class __Iterator
{using Node = HashNode<T>;using Self = __Iterator<K, T, Ref, Ptr, KeyOfT, Hash>;
public:__Iterator(Node* node, HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>* pht):_node(node),_pht(pht){}Self& operator++(){if (_node->_next) _node = _node->_next;else{KeyOfT kot;Hash hash;size_t pos = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();int i = 0;for (i = pos + 1; i < _pht->_table.size(); i++){Node* cur = _pht->_table[i];if (cur){_node = cur;break;}}if(i == _pht->_table.size()) _node = nullptr;}return *this;}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}private:Node* _node;HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>* _pht;
};template<typename K, typename T, typename KeyOfT, typename Hash>
class HashTable
{friend __Iterator<K, T, T&, T*, KeyOfT, Hash>;
public:using Node = HashNode<T>;using iterator = __Iterator<K, T, T&, T*, KeyOfT, Hash>;// ......
}

// 内部类的做法
template<typename K, typename T, typename KeyOfT, typename Hash>
class HashTable
{template<typename Ref, typename Ptr>class __Iterator{using Node = HashNode<T>;using Self = __Iterator<Ref, Ptr>;public:__Iterator(Node* node, HashTable* pht):_node(node), _pht(pht){}Self& operator++(){if (_node->_next) _node = _node->_next;else{KeyOfT kot;Hash hash;size_t pos = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();int i = 0;for (i = pos + 1; i < _pht->_table.size(); i++){Node* cur = _pht->_table[i];if (cur){_node = cur;break;}}if (i == _pht->_table.size()) _node = nullptr;}return *this;}Ref operator*(){return _node->_data;}Ptr operator->(){return &_node->_data;}private:Node* _node;HashTable* _pht;};public:using Node = HashNode<T>;using iterator = __Iterator<T&, T*>;// ......
}

内部类做法的好处时，内部类能直接使用外部类的模板参数，不用向友元方式那样传递很多模板参数，同时内部类能直接使用外部类而不用传递模板参数

哈希表的迭代器一旦设计好，unordered_set/map层无非就是封装，这里不再叙述

3. const迭代器

const迭代器的整体思路没难度，但有些细节地方需要注意

在哈希表层和unordered_set/map层添加完const迭代器后

在这里插入图片描述

template<typename K, typename T, typename KeyOfT, typename Hash>
class HashTable
{template<typename Ref, typename Ptr>class __Iterator{using Node = HashNode<T>;using Self = __Iterator<Ref, Ptr>;public:__Iterator(Node* node, const HashTable* pht):_node(node), _pht(pht){}// ......private:Node* _node;const HashTable* _pht;};

关于unordered_map的operator[]，其设计思路与set/map相同

unordered_set/map层的插入、删除、查找操作也同样是简单的封装

4. 测试

void Print(const unordered_set<int>& s)
{unordered_set<int>::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}void Test_unordered_set()
{vector<int> v = { 1, 4, 2, 3, 5, 9, 11 };unordered_set<int> s;for (auto& e : v) s.insert(e);cout << "const迭代器: ";Print(s);cout << s.find(4) << endl;cout << s.find(54) << endl;s.erase(4);cout << s.find(4) << endl;
}

在这里插入图片描述

void Test_unordered_map()
{unordered_map<string, int> m;vector<string> v = { "apple", "apple", "banana", "watermelon", "banana" };for (auto& e : v) m[e] ++;unordered_map<string, int>::iterator it = m.begin();while (it != m.end()){cout << it->first << " " << it->second << endl;++it;}cout << endl;cout << m.find("apple") << endl;cout << m.find("abdsaf") << endl;m.erase("apple");cout << m.find("apple") << endl;
}

在这里插入图片描述