C++哈希表之闭散列方法的模拟实现详解

目录

• 哈希
• 概念
• 冲突
• 闭散列
• 线性探测
• 哈希表闭散列的模拟实现
• 模拟实现的闭散列中的问题与改进

哈希

概念

可以不经过任何比较，直接从表中得到要搜索的元素。 关键在于通过某种函数，使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立 一一映射的关系。这样就可以通过o(1)的时间复杂度来寻找到元素。

例如数据集合{1,7,4,5,9,6}，哈希函数hash(key)=key&capacity 

冲突

hash(7)=7 hash(17)=7,两个不同的数通过哈希函数映射到了一个位置，产生了冲突。哈希函数设计的越精妙，产生冲突的可能性就越低，但无法避免。

解决方法：

• 闭散列（开放定址法）
• 开散列（拉链法）

闭散列

闭散列，（开放定址法）发生冲突时，如果哈希表没有被填满，则表内一定还有其他空闲位置，可以把冲突值放到下一个没有被占用的空余位置上。

如何找到下一个没有被占用的空位？答：采用线性探测方法。从发生冲突的位置开始，依次向后探测，直到寻找到下一个空位置为止。

线性探测

线性探测的插入

如：在上述的哈希表中插入元素44，由于下标为4的位置放入了元素4，于是从该位置往后++，找到第一个不为空的位置，将44放入。

线性探测的删除

在寻找要删除的元素时，依然会根据存放在哈希表的下标开始寻找，比如在上述哈希表中寻找4，在4下标位置直接就可以找到该元素。但如果直接将其删除，那后续寻找元素44时，就会因为4下标没有元素，而认为元素44不存在于这张哈希表。所以我们需要设置一个状态来表示删除。

哈希表闭散列的模拟实现

我们写在一个自定义类域 Closehash 里面

准备工作

哈希表中元素状态

namespace Closehash
{
    //哈希表中元素的状态
    enum State
    {
        EMPTY,
        EXIT,
        DELETE
    };    
}

存储类型用pair即可，但是数据中要包含状态，我们进行一次封装

//由于数据需要一个状态，所以需要将pair<K,V>封装一层
    template<cpythonlass K,class V>
    struct HashDate
    {
        pair<K, V>_kv;
        State _state;
    };

开始（画饼）构建哈希表的内容

template<class K,class V>
    class Hashtable
    {
    public:
        bool Insert(const pair<K,V>& kv);
        HashDate<K, V>* find(const K& key);
        bool Erase(const K& key);
    private:
        vector<HashDate<K,V>> _tables;
        size_t _size = 0;
    };

闭散列的插入

        bool Insert(const pair<K, V>& kv)
        {
            //if (Find(kv.first)) return false; 
            //Find实现了再去掉注释
 
            if (_tables.size() == 0 
                || 10 * _size / _tables.size() >= 7)//相当于存了70%
            {
                //开始扩容
                size_t newsize = _tables.size()== 0 ? 10 : _tables.size() * 2;
                HashTable<K, V> newHash;
                newHash._tables.resize(newsize);
                for (auto e: _tables)//注意_tables是HashDate类型 里面有_kv 和_state
                {
                    if (e._state == EXIST)
                    {
                        newHash.Insert(e._kv);
                    }
                }
                //资本家拷贝方法
                _tables.swap(newHash._tables);
            }
            //走到这里扩容完成 或者空间足够大
            size_t hashi = kv.first % _tables.size();//寻找在表中对应的下标是什么
            while (_tables[hashi]._state==EXIST)
            {
                hashi++;
                //走到头了得回来
                hashi%=_tables.size();
            }
            _tables[hashi]._kv = kv;
            _tables[hashi]._state = EXIST;
            _size++;
      编程客栈      return true;
       python }

测试用例

void TestHT1()
    {
        int a[] = { 1, 11, 4, 15, 26, 7, 44 };
        HashTable<int, int> ht;
        for (auto e : a)
        {
            ht.Insert(make_pair(e, e));
        }
 
        ht.Print();
    }

添加个99以验证扩容功能

闭散列的查找

HashDate<K, V>* Find(const K& key)
        {
            if (_tab开发者_JAVA教程les.size() == 0) return nullptr;
            size_t hashi = key % _tables.size();
            while (_tables[hashi]._state != EMPTY)
            {
                if (_tables[hashi]._state != DELETE 
                    && _tables[hashi]._kv.first == key)
                {
                    return &_tables[hashi];
                }
                hashi++;
                hashi% _tables.size();
            }
            return nullptr;
        }

测试用例

    cout << ht.Find(4)->_kv.first << endl; 

闭散列的删除

bool Erase(const K& key)
        {
            HashDate<K,V>* ret = Find(key);
            if (ret)
            {
                ret->_state = DELETE;
                --_size;
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }

模拟实现的闭散列中的问题与改进

上述测试用例中使用的是pair<int,int>那我要是用pair<string,int>呢？我的key还可以直接对数组长度取模吗？

文档中对这一问题采用了仿函数的解决方法，我们这里也按照该方法模拟一个。

    template<class K>
    struct HashFunc
    {
        size_t operator()(const K& key)
        {
            return (size_t)key;
        }
    };
 
    // 特化  
    template<>
    struct HashFunc<string>
    {
        // BKDR
        size_t operator()(const string& key)
        {
            size_t val = 0;
            for (auto ch : key)
            {
                val *= 131;
                val += ch;
            }
 
            return val;
        }
    };
 
    template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>&phpgt;
    class HashTable
    {
    public:
     js   bool Insert(const pair<K,V>& kv);
        HashDate<K, V>* find(const K& key);
        bool Erase(const K& key);
    private:
        vector<HashDate<K,V>> _tables;
        size_t _size = 0;
    };

在每次求 在哈希表中位置的前面添加

Hash hash;

size_t hashi = hash(kv.first) % _tables.size()

测试用例

void TestHT2()
    {
        string arr[] = { "苹果", "西瓜", "苹果", "西瓜", "苹果", "苹果", "西瓜", "苹果", "香蕉", "苹果", "香蕉" };
 
        //HashTable<string, int, HashFuncString> countHT;
        HashTable<string, int> countHT;
        for (auto& str : arr)
        {
            auto ptr = countHT.Find(str);
            if (ptr)
            {
                ptr->_kv.second++;
            }
            else
            {
                countHT.Insert(make_pair(str, 1));
            }
        }
    }

测试用例没加打印...让我来回看了好几遍代码...蠢到无语

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