hash_map简介（转载） .

数据结构：hash_map原理 这是一节让你深入理解hash_map的介绍，如果你只是想囫囵吞枣，不想理解其原理，你倒是可以略过这一节，但我还是建议你看看，多了解一些没有坏处。

hash_map基于hash table（哈希表）。哈希表最大的优点，就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，几乎可以看成是常数时间；而代价仅仅是消耗比较多的内存。然而在当前可利用内存越来越多的情况下，用空间换时间的做法是值得的。另外，编码比较容易也是它的特点之一。

其基本原理是：使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。可以设计一个函数（哈希函数，也叫做散列函数），使得每个元素的关键字都与一个函数值（即数组下标，hash值）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元素；也可以简单的理解为，按照关键字为每一个元素“分类”，然后将这个元素存储在相应“类”所对应的地方，称为桶。

但是，不能够保证每个元素的关键字与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“冲突”，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“类”之中。 总的来说，“直接定址”与“解决冲突”是哈希表的两大特点。

hash_map，首先分配一大片内存，形成许多桶。是利用hash函数，对key进行映射到不同区域（桶）进行保存。其插入过程是：

1. 得到key
2. 通过hash函数得到hash值
3. 得到桶号(一般都为hash值对桶数求模)
4. 存放key和value在桶内。

其取值过程是:

1. 得到key
2. 通过hash函数得到hash值
3. 得到桶号(一般都为hash值对桶数求模)
4. 比较桶的内部元素是否与key相等，若都不相等，则没有找到。
5. 取出相等的记录的value。

hash_map中直接地址用hash函数生成，解决冲突，用比较函数解决。这里可以看出，如果每个桶内部只有一个元素，那么查找的时候只有一次比较。当许多桶内没有值时，许多查询就会更快了(指查不到的时候).

由此可见，要实现哈希表, 和用户相关的是：hash函数和比较函数。这两个参数刚好是我们在使用hash_map时需要指定的参数。

2 hash_map 使用

2.1 一个简单实例

不要着急如何把"岳不群"用hash_map表示，我们先看一个简单的例子：随机给你一个ID号和ID号相应的信息，ID号的范围是1～2的31次方。如何快速保存查找。

#include <hash_map>                                    #include <string>                                    using namespace std;                                    int main(){                                    hash_map<int, string> mymap;                                    mymap[9527]="唐伯虎点秋香";                                    mymap[1000000]="百万富翁的生活";                                    mymap[10000]="白领的工资底线";                                    ...                                    if(mymap.find(10000) != mymap.end()){                                    ...                                    }

够简单，和map使用方法一样。这时你或许会问？hash函数和比较函数呢？不是要指定么？你说对了，但是在你没有指定hash函数和比较函数的时候，你会有一个缺省的函数，看看hash_map的声明，你会更加明白。下面是SGI STL的声明：

template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn = hash<_Key>,                                    class _EqualKey = equal_to<_Key>,                                    class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >                                    class hash_map                                    {                                    ...                                    }

也就是说，在上例中，有以下等同关系：

...                                    hash_map<int, string> mymap;                                    //等同于:                                    hash_map<int, string, hash<int>, equal_to<int> > mymap;

Alloc我们就不要取关注太多了(希望深入了解Allocator的朋友可以参看标准库 STL ：Allocator能做什么)

2.2 hash_map 的hash函数

hash< int>到底是什么样子？看看源码:

struct hash<int> {                                    size_t operator()(int __x) const { return __x; }                                    };

原来是个函数对象。在SGI STL中，提供了以下hash函数：

struct hash<char*>                                    struct hash<const char*>                                    struct hash<char>                                    struct hash<unsigned char>                                    struct hash<signed char>                                    struct hash<short>                                    struct hash<unsigned short>                                    struct hash<int>                                    struct hash<unsigned int>                                    struct hash<long>                                    struct hash<unsigned long> 

也就是说，如果你的key使用的是以上类型中的一种，你都可以使用缺省的hash函数。当然你自己也可以定义自己的hash函数。对于自定义变量，你只能如此，例如对于string，就必须自定义hash函数。例如：

struct str_hash{                                    size_t operator()(const string& str) const                                    {                                    unsigned long __h = 0;                                    for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)                                    __h = 5*__h + str[i];                                    return size_t(__h);                                    }                                    };                                    //如果你希望利用系统定义的字符串hash函数，你可以这样写：                                    struct str_hash{                                    size_t operator()(const string& str) const                                    {                                    return return __stl_hash_string(str.c_str());                                    }                                    };

在声明自己的哈希函数时要注意以下几点：

1. 使用struct，然后重载operator().
2. 返回是size_t
3. 参数是你要hash的key的类型。
4. 函数是const类型的。

如果这些比较难记，最简单的方法就是照猫画虎，找一个函数改改就是了。

现在可以对开头的"岳不群"进行哈希化了 . 直接替换成下面的声明即可：

map<string, string> namemap;                                    //改为：                                    hash_map<string, string, str_hash> namemap;

其他用法都不用边。当然不要忘了吧str_hash的声明以及头文件改为hash_map。

你或许会问：比较函数呢？别着急，这里就开始介绍hash_map中的比较函数。

2.3 hash_map 的比较函数

在map中的比较函数，需要提供less函数。如果没有提供，缺省的也是less< Key> 。在hash_map中，要比较桶内的数据和key是否相等，因此需要的是是否等于的函数:equal_to< Key> 。先看看equal_to的源码：

//本代码可以从SGI STL                                    //先看看binary_function 函数声明，其实只是定义一些类型而已。                                    template <class _Arg1, class _Arg2, class _Result>                                    struct binary_function {                                    typedef _Arg1 first_argument_type;                                    typedef _Arg2 second_argument_type;                                    typedef _Result result_type;                                    };                                    //看看equal_to的定义：                                    template <class _Tp>                                    struct equal_to : public binary_function<_Tp,_Tp,bool>                                    {                                    bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const { return __x == __y; }                                    };

如果你使用一个自定义的数据类型，如struct mystruct, 或者const char* 的字符串，如何使用比较函数？使用比较函数，有两种方法. 第一种是：重载==操作符，利用equal_to;看看下面的例子：

struct mystruct{                                    int iID;                                    int  len;                                    bool operator==(const mystruct & my) const{                                    return (iID==my.iID) && (len==my.len) ;                                    }                                    };  

这样，就可以使用equal_to< mystruct>作为比较函数了。另一种方法就是使用函数对象。自定义一个比较函数体：

struct compare_str{                                    bool operator()(const char* p1, const char*p2) const{                                    return strcmp(p1,p2)==0;                                    }                                    };  

有了compare_str，就可以使用hash_map了。

typedef hash_map<const char*, string, hash<const char*>, compare_str> StrIntMap;                                    StrIntMap namemap;                                    namemap["岳不群"]="华山派掌门人，人称君子剑";                                    namemap["张三丰"]="武当掌门人，太极拳创始人";                                    namemap["东方不败"]="第一高手，葵花宝典";

2.4 hash_map 函数

hash_map的函数和map的函数差不多。具体函数的参数和解释，请参看：STL 编程手册：Hash_map，这里主要介绍几个常用函数。

1. hash_map(size_type n) 如果讲究效率，这个参数是必须要设置的。n 主要用来设置hash_map 容器中hash桶的个数。桶个数越多，hash函数发生冲突的概率就越小，重新申请内存的概率就越小。n越大，效率越高，但是内存消耗也越大。
2. const_iterator find(const key_type& k) const. 用查找，输入为键值，返回为迭代器。
3. data_type& operator[](const key_type& k) . 这是我最常用的一个函数。因为其特别方便，可像使用数组一样使用。不过需要注意的是，当你使用[key ]操作符时，如果容器中没有key元素，这就相当于自动增加了一个key元素。因此当你只是想知道容器中是否有key元素时，你可以使用find。如果你希望插入该元素时，你可以直接使用[]操作符。
4. 函数。在容器中不包含key值时，insert函数和[]操作符的功能差不多。但是当容器中元素越来越多，每个桶中的元素会增加，为了保证效率，hash_map会自动申请更大的内存，以生成更多的桶。因此在insert以后，以前的iterator有可能是不可用的。
5. erase 函数。在insert的过程中，当每个桶的元素太多时，hash_map可能会自动扩充容器的内存。但在sgi stl中是erase并不自动回收内存。因此你调用erase后，其他元素的iterator还是可用的。

 

3 相关hash容器

hash 容器除了hash_map之外，还有hash_set, hash_multimap, has_multiset, 这些容器使用起来和set, multimap, multiset的区别与hash_map和map的区别一样，我想不需要我一一细说了吧。

4 其他

这里列几个常见问题，应该对你理解和使用hash_map比较有帮助。

4.1 hash_map和map的区别在哪里？

• 构造函数。hash_map需要hash函数，等于函数；map只需要比较函数(小于函数).
• 存储结构。hash_map采用hash表存储，map一般采用红黑树(RB Tree)实现。因此其memory数据结构是不一样的。

4.2 什么时候需要用hash_map，什么时候需要用map?

总体来说，hash_map 查找速度会比map快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别;而map的查找速度是log(n)级别。并不一定常数就比log(n) 小，hash还有hash函数的耗时，明白了吧，如果你考虑效率，特别是在元素达到一定数量级时，考虑考虑hash_map。但若你对内存使用特别严格，希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，hash_map可能会让你陷入尴尬，特别是当你的hash_map对象特别多时，你就更无法控制了，而且 hash_map的构造速度较慢。

现在知道如何选择了吗？权衡三个因素: 查找速度, 数据量, 内存使用。

这里还有个关于hash_map和map的小故事，看看:http://dev.csdn.net/Develop/article/14/14019.shtm

 

4.3 如何在hash_map中加入自己定义的类型?

你只要做两件事, 定义hash函数，定义等于比较函数。下面的代码是一个例子：

-bash-2.05b$ cat my.cpp                                    #include <hash_map>                                    #include <string>                                    #include <iostream>                                    using namespace std;                                    //define the class                                    class ClassA{                                    public:                                    ClassA(int a):c_a(a){}                                    int getvalue()const { return c_a;}                                    void setvalue(int a){c_a;}                                    private:                                    int c_a;                                    };                                    //1 define the hash function                                    struct hash_A{                                    size_t operator()(const class ClassA & A)const{                                    //  return  hash<int>(classA.getvalue());                                    return A.getvalue();                                    }                                    };                                    //2 define the equal function                                    struct equal_A{                                    bool operator()(const class ClassA & a1, const class ClassA & a2)const{                                    return  a1.getvalue() == a2.getvalue();                                    }                                    };                                    int main()                                    {                                    hash_map<ClassA, string, hash_A, equal_A> hmap;                                    ClassA a1(12);                                    hmap[a1]="I am 12";                                    ClassA a2(198877);                                    hmap[a2]="I am 198877";                                    cout<<hmap[a1]<<endl;                                    cout<<hmap[a2]<<endl;                                    return 0;                                    }                                    -bash-2.05b$ make my                                    c++  -O -pipe -march=pentiumpro  my.cpp  -o my                                    -bash-2.05b$ ./my                                    I am 12                                    I am 198877

typedef map<Key, Value> KeyMap;

当你希望使用hash_map来替换的时候，只需要修改:

typedef hash_map<Key, Value> KeyMap;

其他的基本不变。当然，你需要注意是否有Key类型的hash函数和比较函数。

 

 

 

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参数使用说明

来源http://www.stlchina.org/twiki/bin/view.pl/Main/STLHashMap

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hash_map<Key, Data, HashFcn, EqualKey, Alloc>

Category: containers

Description

Hash_map 是一种使用hash 关联容器，把Key 和value数据对应存储; Hash_map 同样是一个Pair 的关联容器，这意味着其元素类型是pair<const Key, Data>; Hash_map 还是Unique 关联容器，即使用EqualKey比较函数来判断不存在两个元素的key值相等。

由于hash_map在通过key值查找时具有很高的效率，所以hash_map对于一些互不相干的元素的存储非常有用。如果元素的某种顺序比较重要，使用map更合适一些。

Example

struct eqstr                                    {                                    bool operator()(const char* s1, const char* s2) const                                    {                                    return strcmp(s1, s2) == 0;                                    }                                    };                                    int main()                                    {                                    hash_map<const char*, int, hash<const char*>, eqstr> months;                                    months["january"] = 31;                                    months["february"] = 28;                                    months["march"] = 31;                                    months["april"] = 30;                                    months["may"] = 31;                                    months["june"] = 30;                                    months["july"] = 31;                                    months["august"] = 31;                                    months["september"] = 30;                                    months["october"] = 31;                                    months["november"] = 30;                                    months["december"] = 31;                                    cout << "september -> " << months["september"] << endl;                                    cout << "april     -> " << months["april"] << endl;                                    cout << "june      -> " << months["june"] << endl;                                    cout << "november  -> " << months["november"] << endl;                                    }

Definition Defined in the header hash_map, in the backward-compatibility header hash_map.h. This class is an SGI extension; it is not part of the C++ standard.

 

Template parameters

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ParameterDescription

 

DefaultKeyThe hash_map's key type. This is also defined as hash_map::key_type. 

 

DataThe hash_map's data type. This is also defined as hash_map::data_type. HashFcnThe hash function used by the hash_map. This is also defined ashash_map::hasher.hash<Key>EqualKeyThe hash_map key equality function: a binary predicate that determines whether two keys are equal. This is also defined ashash_map::key_equal.equal_to<Key>

 

AllocThe hash_map's allocator, used for all internal memory management.alloc

 

Members 

 

 

MemberWhere definedDescriptionkey_typeAssociative ContainerThe hash_map's key type,Key.

 

data_typePair Associative ContainerThe type of object associated with the keys.value_typePair Associative ContainerThe type of object, pair<const key_type, data_type>, stored in the hash_map.hasherHashed Associative ContainerThe hash_map'shash function.key_equalHashed Associative ContainerFunction object that compares keys for equality.pointerContainerPointer to T.referenceContainerReference to T

const_reference

ContainerConst reference to Tsize_type

 

ContainerAn unsigned integral type.difference_typeContainer

 

A signed integral type.iteratorContainerIterator used to iterate through a hash_map.[1]

 

const_iteratorContainerConst iterator used to iterate through a hash_map.iterator begin()ContainerReturns an iterator pointing to the beginning of thehash_map.

 

iterator end()ContainerReturns an iterator pointing to the end of thehash_map.

 

const_iterator begin() constContainerReturns an const_iterator pointing to the beginning of thehash_map.

 

const_iterator end() constContainerReturns an const_iterator pointing to the end of thehash_map.

 

size_type size() constContainerReturns the size of the hash_map.size_type max_size() constContainerReturns the largest possible size of the hash_map.bool empty() constContainertrue if thehash_map's size is 0.

 

size_type bucket_count() constHashed Associative ContainerReturns the number of buckets used by the hash_map.void resize(size_type n)Hashed Associative ContainerIncreases the bucket to at least n.hasher hash_funct() constHashed Associative ContainerReturns the hasher object used by thehash_map.

 

key_equal key_eq() constHashed Associative ContainerReturns the key_equal object used by thehash_map.

 

hash_map()ContainerCreates an empty hash_map.hash_map(size_type n)Hashed Associative ContainerCreates an empty hash_map with at leastn buckets.

 

hash_map(size_type n,                                                const hasher& h)                                                

Hashed Associative ContainerCreates an empty hash_map with at leastn buckets, using h

as the hash function.

hash_map(size_type n,                                                const hasher& h,                                                const key_equal& k)                                                

Hashed Associative Container

 

Creates an empty hash_map with at leastn buckets, using h as the hash function k as the key equal function.

template <class InputIterator>                                                hash_map(InputIterator f, InputIterator l)                                                [2]                                                

Unique Hashed Associative Container

 

Creates a hash_map with a copy of a range.

template <class InputIterator>                                                hash_map(InputIterator f, InputIterator l,                                                size_type n)                                                [2]                                                

Unique Hashed Associative ContainerCreates a hash_map with a copy of a range a bucket of at least n.

template <class InputIterator>                                                hash_map(InputIterator f, InputIterator l,                                                size_type n, const hasher& h)                                                [2]                                                

Unique Hashed Associative ContainerCreates a hash_map with a copy of a range a bucket of at least n, using h as the hash function.

 

template <class InputIterator>                                                hash_map(InputIterator f, InputIterator l,                                                size_type n, const hasher& h,                                                const key_equal& k)                                                [2]                                                

 

Unique Hashed Associative ContainerCreates a hash_map with a copy of a range a bucket of at least n, using h as the hash functionk as the key equal function.hash_map(const hash_map&)ContainerThe copy constructor.hash_map& operator=(const hash_map&)ContainerThe assignment operatorvoid swap(hash_map&)ContainerSwaps the contents of two hash_maps.

pair<iterator, bool>                                                insert(const value_type& x)                                                

Unique Associative ContainerInserts x into thehash_map.

 

template <class InputIterator>                                                void insert(InputIterator f, InputIterator l)                                                [2]                                                

Unique Associative Container

 

Inserts a range into the hash_map.void erase(iterator pos)Associative ContainerErases the element pointed to by pos.size_type erase(const key_type& k)Associative Container

 

Erases the element whose key is k.void erase(iterator first, iterator last)Associative ContainerErases all elements in a range.void clear()Associative ContainerErases all of the elements.const_iterator find(const key_type& k) constAssociative ContainerFinds an element whose key is k.

 

iterator find(const key_type& k)Associative ContainerFinds an element whose key is k.

 

size_type count(const key_type& k) constUnique Associative ContainerCounts the number of elements whose key is k.

 

pair<const_iterator, const_iterator>                                                equal_range(const key_type& k) const                                                

Associative Container

 

Finds a range containing all elements whose key is k.

pair<iterator, iterator>                                                equal_range(const key_type& k)                                                

 

Associative ContainerFinds a range containing all elements whose key is k.

data_type&                                                operator[](const key_type& k) [3]                                                

hash_mapSee below.

 

bool operator==(const hash_map&,                                                const hash_map&)                                                

Hashed Associative ContainerTests two hash_maps for equality. This is a global function, not a member function.

New members

These members are not defined in the Unique Hashed Associative Container Pair Associative Container requirements, but are specific tohash_map.

 

 

 

 

 

MemberDescription

data_type&                                                operator[](const key_type& k) [3]                                                

Returns a reference to the object that is associated with a particular key. If thehash_map does not already contain such an object,operator[] inserts the default objectdata_type(). [3]

 

Notes

[1] Hash_map::iterator is not a mutable iterator, becausehash_map::value_type is notAssignable. That is, ifi is of type hash_map::iteratorp is of type

hash_map::value_type, then*i = p is not a valid expression. However,hash_map::iterator isn't a constant iterator either, because it can be used to modify the object that it points to. Using the same notation as above,(*i).second = p is a valid expression.

[2] This member function relies _disibledevent=#7a4707>(*((m.insert(value_type(k, data_type()))).first)).second. Strictly speaking, this member function is unnecessary: it exists only for convenience.