C++11 元编程 判断是否有std::hash<T>特例并提供hash函数通用实现

std::hash<T>的用途

std::hash<T>是C++11提供的一元函数模板，用于向标准库提供返回数据类型T哈希值(hash value)的哈希函数(hash function)。
std::hash<T>只是定义了一个一元操作符operator(),接受一个T类型的参数，返回一个size_t类型的哈希值,
C++11为所有基本类型(basic types)都提供了特例化实现：

C++11标准库定义的类型也提供都有提供特例化实现：

自定义类型的std::hash<T>特化

但是自定义的类型需要程序员自己定义std::hash<T>的特例化实现
比如下面代码就为自定义类型struct S提供 了std::hash<S>特例化实现

struct S{    std::string first_name;    std::string last_name;};/* 为S提供 std::hash<T>特例化实现 */namespace std{    template<>    struct hash<S>    {        typedef S argument_type;        typedef std::size_t result_type;        result_type operator()(argument_type const& s) const        {            result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );            result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );            return h1 ^ (h2 << 1);        }    };}

为自定义类型提供std::hash<T>特例化有什么用呢？
比如，如果你要使用上面的自定义类型struct S作为std::unorderd_map的key,就必须为模板类提供Hash参数，也就是提供key的hash函数。下面是std::unorderd_map的模板定义。

template < class Key,                                    // unordered_map::key_type           class T,                                      // unordered_map::mapped_type           class Hash = hash<Key>,                       // unordered_map::hasher           class Pred = equal_to<Key>,                   // unordered_map::key_equal           class Alloc = allocator< pair<const Key,T> >  // unordered_map::allocator_type           > class unordered_map;

我们一般像下面这样使用unordered_map，不用提供Hash 参数，是因为对于string,STL已经提供了string的std::hash<T>特例化实现

std::unordered_map<string,string> map;

hash函数的通用实现

有时在项目中有多个自定义类型需要提供std::hash<T>特例化实现,为每个类型写一个特例化实现也挺烦的。
那么可以考虑提供一个hash函数的通用实现，并在编译期通过模板函数自动判断类型是否有std::hash<T>的特例实现，如果有就使用T自己的特例化实现，如果没有就使用通用的hash函数实现，下面是实现代码，详细说明见代码中注释：

#include <iostream>#include <functional>#include <string>#include <type_traits>#include <unordered_map>using namespace std;/* TT没有std::hash<TT>特例化实现 */struct TT{const int t1=18354;};struct S{    std::string first_name;    std::string last_name;};/* 为S提供 std::hash<T>特例化实现 */namespace std{    template<>    struct hash<S>    {        typedef S argument_type;        typedef std::size_t result_type;        result_type operator()(argument_type const& s) const        {            result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );            result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );            return h1 ^ (h2 << 1);        }    };}/* 返回获取hash值的一元函数实现, * 如果T有std::hash<T>特例实现返回std::hash<T>,否则提供缺省的hash实现 */template<typename T>struct hash_fn{    /* 缺省的hash实现 */    struct default_hash {        typedef T argument_type;        typedef std::size_t result_type;        result_type operator()(argument_type const& t) const noexcept {                auto obj_size=sizeof(t);                uint64_t hashcode = 0;                uint64_t *p = (uint64_t*) std::addressof(t);                uint64_t *const u = p + obj_size/sizeof(uint64_t);                const int tail=obj_size % sizeof(uint64_t);                const int shift = (sizeof(uint64_t) - sizeof(uint32_t)) << 3;                //BKDRHash                uint64_t seed = 131; // 31 131 1313 13131 131313 etc..                for (; p < u; p ++) hashcode = hashcode * seed + *p;                if (tail)            #if defined( _MSC_VER) || (defined(__GNUC__) && __BYTE_ORDER__ ==__ORDER_LITTLE_ENDIAN__)                    hashcode = hashcode * seed+ ((*p) &((1ULL<<(tail << 3))-1));// 小端模式            #elif defined(__GNUC__) && __BYTE_ORDER__ ==__ORDER_BIG_ENDIAN__                    hashcode = hashcode * seed+ ((*p) >> ((sizeof(uint64_t) - tail) << 3)); // 大端模式            #else            #error unexpected c complier (msc/gcc)            #endif                return (result_type) hashcode;            }    };    /* SFINAE 判断T有没有std::hash<T>特例实现 */    template<typename U> static std::hash<U> test(decltype(declval<std::hash<U>>().operator()(declval<U>())));    template<typename U> static default_hash test(...);    //如果T没有std::hash<T>特例化实现，则type的类型为default_hash     //否则type类型为std::hash<T>    using type =decltype(test<T>(0));    type fn;};int main(){    S s;    s.first_name = "Bender";    s.last_name =  "Rodriguez";    cout<<hash_fn<TT>().fn(TT())<<endl;    cout<<hash_fn<S>().fn(s)<<endl;    //S有std::hash<S>特例实现，无需指定std::unordered_map的Hash参数    std::unordered_map<S,string> map_s;    //TT没有std::hash<TT>实现，将hash_fn<TT>的计算结果作为Hash参数，    //hash_fn<TT>::type会自动选择缺省的哈希实现    std::unordered_map<TT,string,typename hash_fn<TT>::type> map_tt;}

判断std::hash<T>是否实现的元函数

另外，还可以单独写一个元函数来判断类型T是否有std::hash<T>特例

#include <iostream>#include <functional>#include <string>#include <type_traits>/* 判断有没有std::hash<T>实现 */template <typename T>struct has_hash_specific{    template<typename U> static auto test(int)->    decltype(declval<std::hash<U>>().operator()(declval<U>()));    template<typename U> static void test(...);    enum{value=!std::is_void<decltype(test<T>(0))>::value};    //通过判断test<T>(0)返回值是否为void来判断是否有hash<T>特例};struct TT{const int t1=18354;};struct S{    std::string first_name;    std::string last_name;};namespace std{    template<>    struct hash<S>    {        typedef S argument_type;        typedef std::size_t result_type;        result_type operator()(argument_type const& s) const        {            result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );            result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );            return h1 ^ (h2 << 1);        }    };}int main(){    S s;    s.first_name = "Bender";    s.last_name =  "Rodriguez";    cout<<"has_hash_spec<S>"<<has_hash_specific<S>::value<<endl;    cout<<"has_hash_spec<int>"<<has_hash_specific<int>::value<<endl;    cout<<"has_hash_spec<uint64_t>"<<has_hash_specific<uint64_t>::value<<endl;    cout<<"has_hash_spec<TT>"<<has_hash_specific<TT>::value<<endl;}

运行结果

has_hash_spec<S>1has_hash_spec<int>1has_hash_spec<uint64_t>1has_hash_spec<TT>0

注意：

default_hash其实只能用于成员为基本类型的class/union/struct，对于包含复杂对象的类型还是需要提供std::hash<T>特例化实现