1.概念介绍
1.1开散列
开散列（Open Hashing），也叫链地址法，是一种解决哈希冲突的方法。每个哈希表槽位保存一个链表，所有散列到同一位置的元素都存储在该链表中。当插入元素发生冲突时，将新元素添加到相应槽位的链表末尾。
1.2闭散列
闭散列（Closed Hashing），也叫开放地址法，是一种解决哈希冲突的方法。当插入元素发生冲突时，通过寻找下一个空槽位来存储冲突元素，常见策略包括1.线性探测、2.二次探测等，不使用链表存储冲突元素。
2.模拟实现
2.1闭散列模拟实现
1.枚举——status
enum status //使用枚举保存数据的“状态”，如果为EMPTY,DELETE则可以插入
{
EMPTY,//记得EMPTY要写在最上面，这样，系统默认的构造函数才会将s初始化为EMPTY
EXIST,
DELETE
};2.数组中的元素——hashdata
template<class K,class V>
struct hashdata
{
pair<K, V> data; //数据
status s; //状态
};3.将key元素转化为可计算的形式——hashfunc
为了确定元素应当插入到哪个位置，需要把key取出来
template<class K>
struct hashfunc //因为key不一定是整形，如果能强制转换成整形，那就要转换
{
size_t operator()(const K& key)
{
return size_t(key);
}
};单独为string类写一份：
template<>
struct hashfunc<string> //单独为k=string写一份，还记得嘛，这是模板的特化！！！！！！！这样，在初始化hashtable时就不用再传仿函数模板参数了
{
size_t operator()(const string& key)
{
size_t flag = 0;;
for (auto e : key)
{
flag *= 31;//这一步可以保证abc，acb的flag不同，防止第一步就发生冲突
flag += e;//本质是遍历整个string并使每个字母的ascii码相加，当然也可以使用其他的方式
}
return flag;
}
};模板特化相关知识：移情别恋c++ ദ്ദി˶ｰ̀֊ｰ́ ) ——9.模板进阶-CSDN博客
4.容器——hashtable
私有成员：
private:
vector<hashdata<K,V>> table;
size_t num=0;//储存的关键字的个数2.2.hashtable的功能实现
1.初始化
hashtable()
{
table.resize(10);
}2.插入！！！！！！
bool insert(const pair<K, V>& kv)
{
if (find(kv.first))
{
return false;
}
//负载因子，指关键字个数在总size中的占比，(越大代表发生hash冲突的概率越大)普遍超出0.7时就要扩容了,扩容需要重新开一份空间!!!!!!!!!因为映射关系被打乱了
if (num * 10 / table.size() == 7)//这里很巧妙
{
size_t newsize = table.size() * 2;
hashtable<K, V,hash> newtable;
newtable.table.resize(newsize);
//遍历旧表
for (size_t i = 0; i < table.size();i++)
{
if (table[i].s == EXIST)
{
newtable.insert(table[i].data);
}
}
table.swap(newtable.table);//记得交换一下
}
hash hf;
//1.线性探测(解决hash冲突的方法）
size_t position = hf(kv.first) % table.size();//应用映射公式 hash(key) = key % capacity （注意！！！！！这里要用table.size(),而不是table.capacity()，所以要除余
while ((table[position]).s == EXIST)//如果当前的位置非空，则往后顺延一位！！！！！！
{
position++;
position %= table.size();//positin走到底后回到0
}
table[position].data = kv;
table[position].s= EXIST;
++num;
return true;
}3.查找
hashdata<K, V>* find(const K& key)//查找是从确定的初始位置查找到nullptr！！！！！结束，因为没到nullptr前，都有可能是因为冲突导致数据后移
{
hash hf;
size_t position =hf(key)% table.size();
while (table[position].s != EMPTY)
{
if (table[position].data.first == key&& table[position].s==EXIST)
{
return &table[position];
}
position++;
position %= table.size();
}
return NULL;
}4.删除
bool erase(const K& key)
{
hashdata<K, V>* ret = find(key);
if (ret)
{
ret->s = DELETE;
--num;
return true;
}
else
{
return false;
}
}2.3开散列模拟实现
开散列存储的本质是指针数组
1.数组中的元素——hashnode
template<class T>
struct hashnode
{
T data; //数据
hashnode* next;
hashnode(T kv)
:data(kv)
,next(nullptr)
{}
};2. 容器——hashtable
私有成员：
private:
vector<node*> table;
size_t num = 0;
};2.4.hashtable内容实现
1.初始化
hashtable()
{
table.resize(10);
}2.析构函数
~hashtable()
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
node* cur = table[i];
while (cur)
{
node* next = cur->next;
delete cur;
cur = next;
}
table[i] = nullptr;//最后置空
}
}3.查找
node* find(const K& key)
{
hash hf;
typeoft tt;
size_t position = hf(key) % table.size();
node* cur = table[position];
while (cur)
{
if (tt(cur->data)== key)
return cur;
cur = cur->next;
}
return nullptr;
}4.插入
bool insert(const T& kv)
{
hash hf;
typeoft tt;
if (find(tt(kv)))
return true;
if (num == table.size())//当负载因子等于1时要扩容
{
vector<node*> newtable;
newtable.resize(table.size()* 2, nullptr);
//遍历旧表
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
node* cur = table[i];
while (cur)
{
node* next = cur->next;
size_t newposition = hf(tt(cur->data)) % newtable.size();
cur->next = newtable[newposition];
newtable[newposition] = cur;
cur = next;
}
table[i] = nullptr;//数据原来的位置处一定要置空，否则会因为二次析构产生问题
}
table.swap(newtable);//直接交换两个哈希桶(底层指针的交换）
}
size_t position = hf(tt(kv)) % table.size();
node* newnode = new node(kv);
node* cur = table[position];
//头插
newnode->next = cur;
table[position] = newnode;
num++;
}3. 迭代器的设置（以开散列为例）！！！！！！！！
1.hsiterator的设置与功能
//前置声明，因为哈希表用到了迭代器，迭代器也用到了哈希表，这叫做相互依赖，需要做前置声明
template<class K, class T, class typeoft, class hash >
class hashtable;
template<class K, class T,class ref,class ptr, class typeoft,class hash=hashfunc<K>>
struct hsiterator
{
typedef hashnode<T> node;
const hashtable< K, T, typeoft, hash> &point;//这里使用引用是为了防止析构影响原来的table
typedef hsiterator<K, T,ref,ptr, typeoft,hash> Self;
node* _node;
size_t place;
hsiterator(node* node_, const hashtable< K, T, typeoft, hash> &_point,size_t _place)
:_node(node_)
,point(_point)
,place(_place)
{}
Self operator++()
{
if (_node->next)//如果—_node->next不为空，那么桶里面还有数据,走next
{
_node = _node->next;
}
else //如果为空，那么需要走到下一个桶
{
typeoft tt;
hash hf;
//size_t head = hf(tt(_node->data)) % point.table.size();//找到初始位置,方便转移至下一个桶
++place;
while (place < point.table.size())
{
if (point.table[place])
{
_node = point.table[place];
break;
}
else
{
place++;
}
}
if (place == point.table.size())
{
_node = nullptr;
}
return *this;
}
}
ref operator*()
{
return _node->data;
}
ptr operator->()
{
return &_node->data;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _node != s._node;
}
};2.hashtable中对hsiterator的封装
template<class K, class T, class ref, class ptr,class typeoft,class hash>
friend struct hsiterator;//这里设置了友元，这样，hsiterator就可以直接取到hashtable的private成员table数组了
typedef hsiterator<K, T,T&,T*, typeoft, hash> iterator;//普通迭代器
typedef hsiterator<K, T, const T&, const T*, typeoft, hash> const_iterator;//const迭代器
iterator begin()
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
if (table[i])
return iterator(table[i], *this, i);
}
return end();
}
iterator end()
{
return iterator(nullptr, *this, -1);//-1是随便给的
}4.unorderedmap&&unorderedset封装
1.取出K元素（仿函数）
struct setkeyoft //仿函数
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};2.迭代器封装
set的iterator全部使用const迭代器：
typedef typename hashtable<K,K,setkeyoft>::const_iterator iterator;
typedef typename hashtable<K,K,setkeyoft>::const_iterator const_iterator;
/* iterator begin()
{
return table.begin();
}
iterator end()
{
return table.end();
}*/
const_iterator begin()const
{
return table.begin();
}
const_iterator end() const
{
return table.end();
}map的迭代器正常分类使用：
typedef typename hashtable<K, pair<const K, V>, setkeyoft>::iterator iterator;
typedef typename hashtable<K, pair<const K, V>, setkeyoft>::const_iterator const_iterator;
iterator begin()
{
return table.begin();
}
iterator end()
{
return table.end();
}
const_iterator begin() const
{
return table.begin();
}
const_iterator end() const
{
return table.end();
}5.代码全览
1.hash.h
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
namespace close_address//闭散列
{
enum status //使用枚举保存数据的“状态”，如果为EMPTY,DELETE则可以插入
{
EMPTY,//记得EMPTY要写在最上面，这样，系统默认的构造函数才会将s初始化为EMPTY
EXIST,
DELETE
};
template<class K,class V>
struct hashdata
{
pair<K, V> data; //数据
status s; //状态
};
template<class K>
struct hashfunc //因为key不一定是整形，如果能强制转换成整形，那就要转换
{
size_t operator()(const K& key)
{
return size_t(key);
}
};
template<>
struct hashfunc<string> //单独为k=string写一份，还记得嘛，这是模板的特化！！！！！！！这样，在初始化hashtable时就不用再传仿函数模板参数了
{
size_t operator()(const string& key)
{
size_t flag = 0;;
for (auto e : key)
{
flag *= 31;//这一步可以保证abc，acb的flag不同，防止第一步就发生冲突
flag += e;//本质是遍历整个string并使每个字母的ascii码相加，当然也可以使用其他的方式
}
return flag;
}
};
//struct hashfuncstring //这是单独为string类写的转换仿函数
//{
// size_t operator()(const string& key)
// {
// size_t flag = 0;;
// for (auto e : key)
// {
// flag *= 31;//这一步可以保证abc，acb的flag不同
// flag += e;//本质是遍历整个string并使每个字母的ascii码相加，当然也可以使用其他的方式
// }
// return flag;
// }
//};
template<class K,class V,class hash=hashfunc<K>>//这里hash直接给了缺省值，如果K可以转化，就可以在初始化的时候可以不给hash的模板参数
class hashtable
{
public:
hashtable()
{
table.resize(10);
}
hashdata<K, V>* find(const K& key)//查找是从确定的初始位置查找到nullptr！！！！！结束，因为没到nullptr前，都有可能是因为冲突导致数据后移
{
hash hf;
size_t position =hf(key)% table.size();
while (table[position].s != EMPTY)
{
if (table[position].data.first == key&& table[position].s==EXIST)
{
return &table[position];
}
position++;
position %= table.size();
}
return NULL;
}
bool insert(const pair<K, V>& kv)
{
if (find(kv.first))
{
return false;
}
//负载因子，指关键字个数在总size中的占比，(越大代表发生hash冲突的概率越大)普遍超出0.7时就要扩容了,扩容需要重新开一份空间!!!!!!!!!因为映射关系被打乱了
if (num * 10 / table.size() == 7)//这里很巧妙
{
size_t newsize = table.size() * 2;
hashtable<K, V,hash> newtable;
newtable.table.resize(newsize);
//遍历旧表
for (size_t i = 0; i < table.size();i++)
{
if (table[i].s == EXIST)
{
newtable.insert(table[i].data);
}
}
table.swap(newtable.table);//记得交换一下
}
hash hf;
//1.线性探测(解决hash冲突的方法）
size_t position = hf(kv.first) % table.size();//应用映射公式 hash(key) = key % capacity （注意！！！！！这里要用table.size(),而不是table.capacity()，所以要除余
while ((table[position]).s == EXIST)//如果当前的位置非空，则往后顺延一位！！！！！！
{
position++;
position %= table.size();//positin走到底后回到0
}
table[position].data = kv;
table[position].s= EXIST;
++num;
return true;
}
bool erase(const K& key)
{
hashdata<K, V>* ret = find(key);
if (ret)
{
ret->s = DELETE;
--num;
return true;
}
else
{
return false;
}
}
void print()
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
if (table[i].s == EXIST)
{
//printf("[%d]->%d\n", i, table[i].data.first);
cout << "[" << i << "]->" << table[i].data.first << endl;
}
else if (table[i].s == EMPTY)
{
//printf("[%d]->空余\n", i);
cout << "[" << i << "]->空余" << endl;
}
else
{
//printf("[%d]->删除\n", i);
cout << "[" << i << "]->删除" << endl;
}
}
}
private:
vector<hashdata<K,V>> table;
size_t num=0;//储存的关键字的个数
};
void test1()
{
hashtable<int, int> it;
int a[] = { 4,14,24,34,5,7,1 };
for (auto e : a)
{
it.insert(make_pair(e, e));
}
it.insert(make_pair(3, 3));
it.insert(make_pair(3, 3));
it.insert(make_pair(-3, -3));
it.print();
cout << endl;
it.erase(3);
it.print();
}
void test2()
{
hashtable<string, int> it;
string arr[] = { "香蕉","苹果" ,"西瓜" ,"苹果" ,"香蕉" ,"香瓜" ,"苹果" ,"香蕉" };
for (auto e : arr)
{
auto f = it.find(e);//hashdata<K,V>*
if (f)
{
f->data.second++;
}
else
{
it.insert(make_pair(e, 1));
}
}
it.print();
}
}
namespace open_address//开散列
{
template<class K>
struct hashfunc //因为key不一定是整形，如果能强制转换成整形，那就要转换
{
size_t operator()(const K& key)
{
return size_t(key);
}
};
template<>
struct hashfunc<string> //还记得嘛，这是模板的特化！！！！！！！这样，在初始化hashtable时就不用再传仿函数模板参数了
{
size_t operator()(const string& key)
{
size_t flag = 0;;
for (auto e : key)
{
flag *= 31;//这一步可以保证abc，acb的flag不同，防止第一步就发生冲突
flag += e;//本质是遍历整个string并使每个字母的ascii码相加，当然也可以使用其他的方式
}
return flag;
}
};
template<class T>
struct hashnode
{
T data; //数据
hashnode* next;
hashnode(T kv)
:data(kv)
,next(nullptr)
{}
};
//前置声明，因为哈希表用到了迭代器，迭代器也用到了哈希表，这叫做相互依赖，需要做前置声明
template<class K, class T, class typeoft, class hash >
class hashtable;
template<class K, class T,class ref,class ptr, class typeoft,class hash=hashfunc<K>>
struct hsiterator
{
typedef hashnode<T> node;
const hashtable< K, T, typeoft, hash> &point;//这里使用引用是为了防止析构影响原来的table
typedef hsiterator<K, T,ref,ptr, typeoft,hash> Self;
node* _node;
size_t place;
hsiterator(node* node_, const hashtable< K, T, typeoft, hash> &_point,size_t _place)
:_node(node_)
,point(_point)
,place(_place)
{}
Self operator++()
{
if (_node->next)//如果—_node->next不为空，那么桶里面还有数据,走next
{
_node = _node->next;
}
else //如果为空，那么需要走到下一个桶
{
typeoft tt;
hash hf;
//size_t head = hf(tt(_node->data)) % point.table.size();//找到初始位置,方便转移至下一个桶
++place;
while (place < point.table.size())
{
if (point.table[place])
{
_node = point.table[place];
break;
}
else
{
place++;
}
}
if (place == point.table.size())
{
_node = nullptr;
}
return *this;
}
}
ref operator*()
{
return _node->data;
}
ptr operator->()
{
return &_node->data;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _node != s._node;
}
};
template<class K, class T, class typeoft ,class hash = hashfunc<K>>
class hashtable
{
public:
typedef hashnode<T> node;
template<class K, class T, class ref, class ptr,class typeoft,class hash>
friend struct hsiterator;//这里设置了友元，这样，hsiterator就可以直接取到hashtable的private成员table数组了
typedef hsiterator<K, T,T&,T*, typeoft, hash> iterator;//普通迭代器
typedef hsiterator<K, T, const T&, const T*, typeoft, hash> const_iterator;//const迭代器
iterator begin()
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
if (table[i])
return iterator(table[i], *this, i);
}
return end();
}
iterator end()
{
return iterator(nullptr, *this, -1);//-1是随便给的
}
const_iterator begin()const
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
if (table[i])
return const_iterator(table[i], *this, i);
}
return end();
}
const_iterator end() const
{
return const_iterator(nullptr, *this, -1);//-1是随便给的
}
hashtable()
{
table.resize(10);
}
~hashtable()
{
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
node* cur = table[i];
while (cur)
{
node* next = cur->next;
delete cur;
cur = next;
}
table[i] = nullptr;//最后置空
}
}
node* find(const K& key)
{
hash hf;
typeoft tt;
size_t position = hf(key) % table.size();
node* cur = table[position];
while (cur)
{
if (tt(cur->data)== key)
return cur;
cur = cur->next;
}
return nullptr;
}
bool insert(const T& kv)
{
hash hf;
typeoft tt;
if (find(tt(kv)))
return true;
if (num == table.size())//当负载因子等于1时要扩容
{
vector<node*> newtable;
newtable.resize(table.size()* 2, nullptr);
//遍历旧表
for (size_t i = 0; i < table.size(); i++)
{
node* cur = table[i];
while (cur)
{
node* next = cur->next;
size_t newposition = hf(tt(cur->data)) % newtable.size();
cur->next = newtable[newposition];
newtable[newposition] = cur;
cur = next;
}
table[i] = nullptr;//数据原来的位置处一定要置空，否则会因为二次析构产生问题
}
table.swap(newtable);//直接交换两个哈希桶(底层指针的交换）
}
size_t position = hf(tt(kv)) % table.size();
node* newnode = new node(kv);
node* cur = table[position];
//头插
newnode->next = cur;
table[position] = newnode;
num++;
}
bool erase(const K& key)
{
hash hf;
typeoft tt;
size_t position = hf(key) % table.size();
node* cur = table[position];
node* prev = nullptr;
while (cur)
{
if (tt(cur->data) == key)
{
if (prev)
{
prev->next = cur->next;
delete cur;
num--;
}
else
{
table[position] = nullptr;
num--;
}
return true;
}
prev = cur;
cur = cur->next;
}
return false;
}
private:
vector<node*> table;
size_t num = 0;
};
}2.myunorderedmap.h
#include"hash.h"
using namespace open_address;
namespace zone
{
template<class K, class V>
class unorderedmap
{
public:
struct setkeyoft
{
const K& operator()(const pair<const K, V>& key)
{
return key.first;
}
};
typedef typename hashtable<K, pair<const K, V>, setkeyoft>::iterator iterator;
typedef typename hashtable<K, pair<const K, V>, setkeyoft>::const_iterator const_iterator;
iterator begin()
{
return table.begin();
}
iterator end()
{
return table.end();
}
const_iterator begin() const
{
return table.begin();
}
const_iterator end() const
{
return table.end();
}
bool insert(const pair<K,V>& key)
{
return table.insert(key);
}
private:
hashtable<K, pair<const K,V>, setkeyoft> table;
};
void testmap()
{
unorderedmap<string, string> it;
it.insert(make_pair("sort","排序"));
it.insert(make_pair("right","右"));
it.insert(make_pair("left","左"));
it.insert(make_pair("middle","中"));
for (auto e : it)
{
e.second += 'x';//map的value可改变，但key不能改变
cout << e.first<<' '<<e.second<<endl;//记得加一个.first,因为重载的operator*，只会取得data，在map中就是pair<k,v>，所以要用.first取得key
}
}
}3.myunorderedset.h
#include"hash.h"
using namespace open_address;
namespace zone
{
template<class K>
class unorderedset
{
public:
struct setkeyoft //仿函数
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
typedef typename hashtable<K,K,setkeyoft>::const_iterator iterator;
typedef typename hashtable<K,K,setkeyoft>::const_iterator const_iterator;
/* iterator begin()
{
return table.begin();
}
iterator end()
{
return table.end();
}*/
const_iterator begin()const
{
return table.begin();
}
const_iterator end() const
{
return table.end();
}
bool insert(const K& key)
{
return table.insert(key);
}
private:
hashtable<K,K, setkeyoft> table;
};
void testset()
{
unorderedset<int> it;
it.insert(2);
it.insert(3);
it.insert(14);
it.insert(24);
it.insert(34);
unorderedset<int>::iterator arr = it.begin();
while (arr != it.end())
{
//*arr += 5;//set的key不可修改
cout << *arr << endl;
++arr;
}
}
}