【C++进阶】哈希（万字详解）—— 学习篇(上）

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🎇C++学习历程：入门

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    【C++进阶】哈希（万字详解）—— 学习篇(上）

    🍁 🍃 🍂 🌿

    目录

    • 🍁 1. unordered系列关联式容器
      • 🍂 1.1 unordered_map
        • 🍃 1.1.1 unordered_map的文档介绍
        • 🍃 1.1.2 unordered_map的接口说明
        • 🍃 1.1.3 unordered_set的文档介绍
        • 🍃 1.1.4 unordered_map和unordered_set的使用
        • 🍂 1.2 在线OJ
        • 🍁 2. 底层结构
          • 🍂 2.1 哈希概念
          • 🍂 2.2 哈希冲突
          • 🍂 2.3 哈希函数
          • 🍂 2.4 哈希冲突解决
            • 🍃 2.4.1 闭散列
            • 🍃 2.4.2 闭散列的实现
            • 🍃 2.4.3 开散列
            • 🍃 2.4.4 开散列的实现

              🍁 1. unordered系列关联式容器

              在C++98中，STL提供了底层为红黑树结构的一系列关联式容器，在查询时效率可达到 l o g 2 N log_2 N log2​N，即最差情况下需要比较红黑树的高度次，当树中的节点非常多时，查询效率也不理想。最好的查询是，进行很少的比较次数就能够将元素找到，因此在C++11中，STL又提供了4个unordered系列的关联式容器，这四个容器与红黑树结构的关联式容器使用方式基本类似，只是其底层结构不同，本文中只对unordered_map和unordered_set进行介绍，

              unordered_multimap和unordered_multiset学生可查看文档介绍。

              map和set底层是红黑树实现的，map是KV模型，set是K模型，而unordered_map和unordered_set底层是哈希表实现的，unordered_set是K模型，unordered_map是KV模型

              【C++进阶】哈希（万字详解）—— 学习篇(上）

              unordered_map和unordered_set的命名体现特点，在功能和map/set是一样的，区别在于，它遍历出来是无序的，另外，它们的迭代器是单向迭代器

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              🍂 1.1 unordered_map

              🍃 1.1.1 unordered_map的文档介绍

              unordered_map在线文档说明

              1. unordered_map是存储键值对的关联式容器，其允许通过keys快速的索引到与其对应的value。
              2. 在unordered_map中，键值通常用于惟一地标识元素，而映射值是一个对象，其内容与此键关联。键

                映射值的类型可能不同。

              3. 在内部,unordered_map没有对按照任何特定的顺序排序, 为了能在常数范围内找到key所对应的value，unordered_map将相同哈希值的键值对放在相同的桶中。
              4. unordered_map容器通过key访问单个元素要比map快，但它通常在遍历元素子集的范围迭代方面效率较低。
              5. unordered_maps实现了直接访问操作符(operator[])，它允许使用key作为参数直接访问value。
              6. 它的迭代器至少是前向迭代器。

              🍃 1.1.2 unordered_map的接口说明

              • unordered_map的构造
                函数声明功能介绍
                unordered_map构造不同格式的unordered_map对象
                • unordered_map的容量
                  函数声明功能介绍
                  bool empty() const检测unordered_map是否为空
                  size_t size() const获取unordered_map的有效元素个数
                  • unordered_map的迭代器
                    函数声明功能介绍
                    begin返回unordered_map第一个元素的迭代器
                    end返回unordered_map最后一个元素下一个位置的迭代器
                    cbegin返回unordered_map第一个元素的const迭代器
                    cend返回unordered_map最后一个元素下一个位置的const迭代器
                    • unordered_map的元素访问
                      函数声明功能介绍
                      operator[]返回与key对应的value，没有一个默认值

                      注意：该函数中实际调用哈希桶的插入操作，用参数key与V()构造一个默认值往底层哈希桶中插入，如果key不在哈希桶中，插入成功，返回V()，插入失败，说明key已经在哈希桶中，将key对应的value返回。

                      • unordered_map的查询
                        函数声明功能介绍
                        iterator find(const K& key)返回key在哈希桶中的位置
                        size_t count(const K& key)返回哈希桶中关键码为key的键值对的个数

                        注意：unordered_map中key是不能重复的，因此count函数的返回值最大为1

                        • unordered_map的修改操作
                          函数声明功能介绍
                          insert向容器中插入键值对
                          erase删除容器中的键值对
                          void clear()清空容器中有效元素个数
                          void swap(unordered_map&)交换两个容器中的元素
                          • unordered_map的桶操作
                            函数声明功能介绍
                            size_t bucket_count()const返回哈希桶中桶的总个数
                            size_t bucket_size(size_t n)const返回n号桶中有效元素的总个数
                            size_t bucket(const K& key)返回元素key所在的桶号

                            🍃 1.1.3 unordered_set的文档介绍

                            unordered_set的在线文档介绍

                            🍃 1.1.4 unordered_map和unordered_set的使用

                            • unordered_set 
                              #include
#include
#include
using namespace std;
void test_unordered_set()
{
    unordered_set s;
    s.insert(3);
    s.insert(4);
    s.insert(5);
    s.insert(3);
    s.insert(1);
    s.insert(2);
    s.insert(6);
    unordered_set::iterator it = s.begin();
    while (it != s.end())
    {
        cout 
    test_unordered_set();
    return 0;
}

    unordered_map
        cout 
    test_unordered_map();
    return 0;
}

public:
    int repeatedNTimes(vector
        size_t N = nums.size() / 2;
        unordered_map
            if(e.second == N)
                return e.first;
        }
        return 0;
    }
};

public:
    vector
        // 用unordered_set对nums1中的元素去重
        unordered_set
            if (s2.find(e) != s2.end())
                vRet.push_back(e);
        }
        return vRet;
    }
};

public:
    vector
        if (nums1.size()  nums2.size()) {
            return intersect(nums2, nums1);
        }
        unordered_map 
            ++m[num];
        }
        vector
            if (m.count(num)) {
                intersection.push_back(num);
                --m[num];
                if (m[num] == 0) {
                    m.erase(num);
                }
            }
        }
        return intersection;
    }
};

public:
    bool containsDuplicate(vector
        unordered_set
            if (s.find(x) != s.end()) {
                return true;
            }
            s.insert(x);
        }
        return false;
    }
};

public:
    vector
        unordered_map
            stringstream ss(s);
            string word;
            while (ss  word) {
                ++freq[move(word)];
            }
        };
        insert(s1);
        insert(s2);
        vector
            if (occ == 1) {
                ans.push_back(word);
            }
        }
        return ans;
    }
};

    enum Status
    {
        EMPTY,//空
        EXIST,//存在
        DELETE//删除
    };
    template
        pair
        size_t operator()(const K&key)
        {
            return key;
        }
    };    
    //特化
    template
        size_t operator()(const string& key)
        {
            //BKDR Hash思想
            size_t hash = 0;
            for(size_t i = 0;i
                hash*=131;
                hash += key[i];//转成整形
            }
            return hash;
        }
    };  
    template
    public:
        bool Erase(const K& key)
        {
            HashData
                //没有这个值
                return false;
            }
            else
            {
                //伪删除
                ret-_status = DELETE;
                _n--;
                return true;
            }
        }
        HashData
            if(_table.size() == 0)
            {
                //防止除0错误
                return nullptr;
            }
            Hash hf;
            size_t index = hf(key) % _table.size();
            size_t i = 0;
            size_t index = start + i;
            while(_tables[index]._status != EMPTY)
            {
                if(_tabled[index]._kv.first == key && _table[index]._status == EXIST)
                {
                    return &_tabled[index];
                }
                else
                {
                    ++i;
                    //index = start+i;//线性探测
                    index = start+i*i;//二次探测
                    index %= _tables.size();
                }
            }
            return nullptr;
        }
        //插入
        bool Insert(const pair
            if(Find(kv.first))
            {
                return false;
            }
            if(_table.size() == 0 || (double)(_n / _table.size())  0.7)
            {
                //扩容
                //方法二：
                size_t newSize = _table.size()==0? 10 : _table.size()*2;
                HashTable
                    if(e._status == EXIST)
                    {
                        newHT.Insert(e._kv);//将旧表的数据插入新表
                    }
                }
                _table.swap(newHT._tables);//将新表和旧表交换
            }
            Hash hf;
            size_t start = hf(kv.first) % _tables.size();
            //线性探测
            size_t i = 0;
            size_t index = start + i;
            while(_table[index]._status == EXIST)
            {
                ++index;
                if(index == _tables.size())
                {
                    //当index到达最后的时候,让它回到起始
                    index = 0;
                }
                //插满的时候会死循环
            }
            //走到这里要么是空要么是删除
            _tables[index]._kv = kv;
            _tables[index]._status = EXIST;
            ++_n;
            
            return true;
        }
    private:
        vector
	template
		pair}
	};
	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
		};
		size_t i = 0;
		for (; i _kv.first == key)
				{
					// 1、cur是头结点
					// 2、非头节点
					if (prev == nullptr)
					{
						_tables[index] = cur->_next;
					}
					else
					{
						prev->_next = cur->_next;
					}
					delete cur;
					--_n;
					return true;
				}
				else
				{
					prev = cur;
					cur = cur->_next;
				}
			}
			return false;
		}
		Node* Find(const K& key)
		{
			if (_tables.size() == 0)
			{
				return nullptr;
			}
			Hash hf;
			size_t index = hf(key) % _tables.size();
			Node* cur = _tables[index];
			while (cur)
			{
				if (cur->_kv.first == key)
				{
					return cur;
				}
				else
				{
					cur = cur->_next;
				}
			}
			return nullptr;
		}
		bool Insert(const pair& kv)
		{
			Hash hf;
			//当负载因子到1时，进行扩容
			if (_n == _tables.size())
			{
				//size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : _tables.size() * 2;
				size_t newSize = GetNextPrime(_tables.size());
				//HashTable newHT;
				vector newtables;
				newtables.resize(newSize, nullptr);
				for (size_t i = 0; i _next;
						size_t index = hf(cur->_kv.first) % newSize;
						cur->_next = newtables[index];
						newtables[index] = cur;
						cur = next;
					}
					_tables[i] = nullptr;
				}
				newtables.swap(_tables);
			}
			size_t index = hf(kv.first) % _tables.size();
			Node* cur = _tables[index];
			while (cur)
			{
				if (cur->_kv.first == kv.first)
				{
					return false;
				}
				else
				{
					cur = cur->_next;
				}
			}
			Node* newnode = new Node(kv);
			newnode->_next = _tables[index];
			_tables[index] = newnode;
			++_n;
			return true;
		}
	private:
		vector _tables;
		size_t _n = 0; // 存储多少有效数据
	};

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