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C++STL详解(十) -- 使用哈希表封装unordered_set和unordered_map
简介C++STL详解(十) -- 使用哈希表封装unordered_set和unordered_map
文章目录
哈希表模板参数改造
针对模板参数V改造
因为不同容器的类型不同,如果是unordered_map,V代表一个键值对,如果unordered_set,V代表Key值,而底层哈希表并不知道上层容器所要传递的
V模板参数类型,为了与哈希表的模板参数区分,我们将哈希表中的V模板参
数改为T.
增加仿函数获取具体数据类型.
例如: 在哈希表中当我们使用Find函数进行查找时:
如果上层传递的数据类型为Key值,我们就可以直接与查找数据比较.
如果上层传递的数据类型为pair<K,V>键值对,我们就不可以直接比较,需要利用仿函数获取键值对的first进行比较.
unordered_set仿函数SetKeyOfT代码:
struct SetKeyOfT //根据map还是set传递不同数据类型给底层.
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
unordered_map仿函数MapKeyOfT代码:
struct MapKeyOfT //根据map还是set传递不同数据类型给底层.
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
{
return kv.first; //获取pair<K,V>键值对中的first.
}
};
所以,我们要在哈希表模板参数中增加一个仿函数KeyOfT.
如果是unordered_set,就传 SetKeyOfT类型的仿函数.
如果是unordered_map,就传MapKeyOfT类型的仿函数.
模板参数转换图示如下:
额外说明:
1: 我们对原先哈希表中的Hash进行了修改,不要缺省值,因为我们肯定是使用上层容器传递不同的仿函数类型,所以在unordered_set与unordered_map中传递仿函数类型.
哈希表的正向迭代器
正向迭代器中的内置成员:
哈希表正向迭代器有两个内置成员:
1: 结点指针
2: 哈希表的指针
template < class K, class T, class Hash, class KeyOfT >
class HashTable; //重新声明哈希表类模板.
//正向迭代器
template<class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
struct __HTIterator
{
typedef HashNode<T> Node; //重新定义哈希结点的类型为Node.
typedef HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc> HT; //重新定义哈希表的类型为HT.
typedef __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc> Self; //重新定义正向迭代器的类型为Self.
Node* _node; //结点指针
HT* _pht; //哈希表指针
};
注意:
因为迭代器中要使用到哈希表类型,所以我们在哈希表迭代器前面必须声明一下哈希表类模板.
正向迭代器的成员函数
以下成员函数较为简单,就不另外说明:
_HashIterator( Node* node,HT* pht ) //初始化列表
:_node(node)
, _pht(pht)
{
}
T& operator*() //解引用运算符重载
{
return _node->_data;
}
T* operator->() //->运算符重载
{
return &_node->_data;
}
bool operator!=( const Self& s ) const //外面增加const可以使const对象也能调用该成员函数.
{
return _node != s._node; //实质上是迭代器中的_node比较
}
bool operator==( const Self& s )const
{
return _node == s._node;
}
前置++运算符重载:
前置++运算符重载主要有两个步骤:
1: 如果当前结点指针的下一个结点存在,则结点指针指向下一个结点.
2: 如果当前结点指针的下一个结点不存在:
(1): 通过哈希函数计算哈希桶的位置.
(2): 在哈希表中,从哈希桶中的下一个位置开始遍历查找.
如果哈希桶存在,则将结点指针指向该哈希桶.
如果哈希表遍历完还没有找到,则说明这是哈希表中的最后一个数据的迭代器,则结点指针指向空,表明最后一个数据的下一个结点.
Self& operator++()
{
if (_node->_next) //在当前桶中迭代
{
_node = _node->_next;
}
//如果该哈希桶迭代完毕，则在哈希表中找下一个哈希桶迭代寻找．
else
{
KeyOfT kot;
Hash hash;
size_t hashi = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size(); //迭代器访问哈希表的私有成员
size_t i = hashi + 1;
for (; i < _pht->_table.size(); ++i)
{
if (_pht->_table[i])
{
_node = _pht->_table[i];
break; //++完就退出.
}
}
if (i == _pht->_table.size()) //此时,这也说明正式哈希桶迭代器的end.
{
_node = nullptr;
}
}
return *this;
}
哈希表插入函数的修改(适用于unordered_map)
为了支持unordered_map中的[]操作符重载,我们针对哈希表中的插入函数返回值进行修改
(1): 如果哈希表中已有所给数据,则返回已有数据的迭代器与插入结果(失败)所构成的键值对.
(2): 如果哈希表没有所给数据,则将新数据头插该哈希桶组成的单链表上,返回新插入结点指针构造与插入结果(成功)组成的键值对.
插入函数代码如下:
pair< Iterator,bool> Insert(const T& data)
{
Hash hash;
KeyOfT kot;
Iterator ret = Find(kot(data));
if (ret != end())
{
return make_pair( ret, false);
}
if (_size == _table.size()) //扩容.
{
// size_t newSize = _table.size() == 0 ? 10 : 2 * _table.size();
vector<Node*> newTable;
newTable.resize(GetNextPrime(_table.size()), nullptr);
Hash hash;
//从旧表结点移动映射新表.
for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i)
{
Node* cur = _table[i];
while (cur)
{
Node* next = cur->_next;
size_t hashi = hash(kot(cur->_data)) % newTable.size();
cur->_next = newTable[hashi];
newTable[hashi] = cur;
cur = next;
}
_table[i] = nullptr;
}
_table.swap(newTable);
}
size_t hashi = hash(kot(data)) % _table.size();
Node* newNode = new Node(data);
newNode->_next = _table[hashi];
_table[hashi] = newNode;
++_size;
return make_pair(Iterator(newNode,this),true); //如果是新插入的数据,则返回新插入结点构造的迭代器与插入结果组成的pair.
}
一个类型K去做set和unordered_set他的模板参数的必备条件.
set容器模板参数:
(1):set模板参数要求能够支持小于比较,例如:二叉搜索树查找成员函数中,我们可以利用compare仿函数将当前结点值与所给值比较,从而决定cur遍历左子树还是右子树,为了能够支持大于比较的,我们可以交换一下实参位置,这也间接支持了大于比较.并且条件判断,进而也支持了等于.
unordered_set容器模板参数要求:
(1)针对于K类型(指针,打浮点数,有符号整型)可以转换为无符号整数取模.对于string,日期类类型,这两个类型与整型类型无关的,此时不可以直接强转为整数,需要相应的提供将该类型转换为整数的仿函数.
(2):K类型对象能够支持等于比较(因为在查找中就是要确定存储的对象与所传的对象是否相等,例如Data日期类),如果不支持需要额外提供等于比较的仿函数.
unordered_set的模拟实现(完整代码)
在上述中,我们已经将unordered_set重点内容讲解完毕,剩下的成员函数只需要复用哈希表中的就可以了.
namespace yzh
{
//2:因为我们使用map,set是将实参传给,map,set的所以当string类型取模时要在map,set中写仿函数.
template < class K,class Hash = HashFunc<K>> //1:由第二个模板参数决定要存储的数据.
class unordered_set
{
struct SetKeyOfT //根据map还是set传递不同数据类型给底层.
{
const K& operator()(const K& key)
{
return key;
}
};
public:
typedef typename HashBucket::HashTable< K,K,Hash,SetKeyOfT>::Iterator iterator; //重新定义一下迭代器类型为iterator.
iterator begin()
{
return _ht.begin();
}
iterator end()
{
return _ht.end();
}
pair<iterator,bool> Insert(const K& key)
{
return _ht.Insert(key);
}
private:
HashBucket::HashTable<K,K,Hash,SetKeyOfT> _ht;
};
void test_set() //测试
{
unordered_set<int> set;
set.Insert(1);
set.Insert(2);
set.Insert(3);
unordered_set<int>::iterator it = set.begin();
while ( it != set.end() )
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
}
unordered_map的实现(完整代码)
在上述中,我们已经将unordered_map重点内容讲解完毕,剩下的成员函数只需要复用哈希表中的就可以了.
namespace yzh
{
template < class K, class V, class Hash = HashFunc<K> > //由第二个模板参数决定要存储的数据类型,
class unordered_map
{
struct MapKeyOfT //根据map还是set传递不同数据类型给底层.
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv)
{
return kv.first;
}
};
public:
typedef typename HashBucket::HashTable< K, pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT>::Iterator iterator;//重新定义一下迭代器类型为iterator.
iterator begin()
{
return _ht.begin();
}
iterator end()
{
return _ht.end();
}
pair<iterator,bool> Insert( const pair<K, V>& kv )
{
return _ht.Insert(kv);
}
V& operator[]( const K& key ) //给一个key,返回V的引用.
{
pair<iterator, bool> ret = _ht.Insert(make_pair(key, V())); //如果插入失败,返回已有数据的迭代器与返回结果组成的pair. //如果插入成功,返回新插入数据的迭代器与返回结果组成的pair.
return ret.first->second;
}
private:
HashBucket::HashTable<K, pair<K, V>, Hash, MapKeyOfT> _ht; //map和set都知道传递什么来类型的仿函数,以及要传递的数据类型.
};
void test_map()
{
unordered_map<string, string> dict;
dict.Insert(make_pair("sort", "排序"));
dict.Insert(make_pair("string", "排序"));
unordered_map<string,string>::iterator it = dict.begin();
while (it != dict.end())
{
cout << it->first << ":" << it->second << endl;
++it;
}
}
void testmap1()
{
unordered_map<string, int> countMap;
string arr[] = { "苹果","西瓜","苹果","西瓜","苹果","西瓜","苹果","香蕉" };
for (auto& e : arr)
{
countMap[e]++;
}
for (auto& kv : countMap)
{
cout << kv.first << ":" << kv.second << endl;
}
}
}
适用于unordered_set和unordered_map的哈希表代码
#include <map>
#include <vector>
#include <string>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
template < class K > //仿函数的默认值,如果不显示传就会默认调用.
struct HashFunc
{
size_t operator()(const K& key)
{
return (size_t)key;
}
};
template< > //1:对于常见类型,为了方便,我们可以对类模板进行特化.
struct HashFunc <string> //并且根据实参所传类型,优先走特化版本.
{
size_t operator()(const string& key)
{
size_t val = 0;
for (auto& ch : key) //遍历string,将一个个字母替换成ASCI码进行相加.
{
val += ch;
}
return val;
}
};
namespace HashBucket
{
template < class T >
struct HashNode
{
T _data;
HashNode<T>* _next;
HashNode(const T& data)
:_data(data)
, _next(nullptr)
{}
};
template < class K, class T, class Hash, class KeyOfT >
class HashTable;
template < class K, class T, class Hash, class KeyOfT >
struct _HashIterator
{
typedef HashNode<T> Node;
typedef HashTable< K, T, Hash, KeyOfT> HT;
typedef _HashIterator< K, T, Hash, KeyOfT> Self;
Node* _node;
HT* _pht;
_HashIterator( Node* node,HT* pht )
:_node(node)
, _pht(pht)
{
}
T& operator*()
{
return _node->_data;
}
T* operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
if (_node->_next) //在当前桶中迭代
{
_node = _node->_next;
}
//如果该哈希桶迭代完毕，则在哈希表中找下一个哈希桶迭代寻找．
else
{
KeyOfT kot;
Hash hash;
size_t hashi = hash(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size(); //迭代器访问哈希表的私有成员
size_t i = hashi + 1;
for (; i < _pht->_table.size(); ++i)
{
if (_pht->_table[i])
{
_node = _pht->_table[i];
break; //++完就退出.
}
}
if (i == _pht->_table.size()) //此时,这也说明正式哈希桶迭代器的end.
{
_node = nullptr;
}
}
return *this;
}
bool operator!=( const Self& s ) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==( const Self& s )const
{
return _node == s._node;
}
};
template < class K, class T, class Hash, class KeyOfT >
struct HashTable
{
typedef HashNode<T> Node;
template < class K, class T, class Hash, class KeyOfT > //为了迭代器能够访问哈希表的私有成员,我们设为迭代器是哈希表的
//友元,类模板声明友元需要增加类模板.
friend struct _HashIterator;
public:
typedef _HashIterator< K, T, Hash, KeyOfT> Iterator;
Iterator begin()//获取第一个迭代器
{
for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i)
{
if (_table[i])
{
return Iterator( _table[i], this );
}
}
return end();
}
Iterator end() //获取最后一个迭代器
{
return Iterator(nullptr, this);
}
size_t GetNextPrime(size_t prime)
{
const int PRIMECOUNT = 28;
//素数序列
const size_t primeList[PRIMECOUNT] =
{
53, 97, 193, 389, 769,
1543, 3079, 6151, 12289, 24593,
49157, 98317, 196613, 393241, 786433,
1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843,
50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457,
1610612741, 3221225473, 4294967291
};
size_t i = 0;
for (i = 0; i < PRIMECOUNT; i++)
{
if (primeList[i] > prime) //从这个数组里面取第一个大于prime的值.
return primeList[i];
}
return primeList[i]; //虽然数据不可能那么大,但是也有可能不会走if判断,
// 所以从语法上来说还要考虑所给值prime大于素数数组整个数据的情况.
}
~HashTable() //vvector会调用析构函数,但是哈希桶必须自己写.
{
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;
}
// cout << "~HushTable()" << endl;
}
bool Erase(const K& key)
{
if (_table.size() == 0)
{
return true;
}
Hash hash;
size_t hashi = hash(key) % _table.size();
Node* prev = nullptr;
Node* cur = _table[hashi];
while (cur)
{
if (cur->_kv.first == key)
{
if (prev == nullptr)
{
_table[hashi] = cur->_next;
}
else
{
prev->_next = cur->_next;
}
delete cur;
--_size;
return true;
}
prev = cur;
cur = cur->_next;
}
return false;
}
pair< Iterator,bool> Insert(const T& data)
{
Hash hash;
KeyOfT kot;
//去重
Iterator ret = Find(kot(data)); //如果该数据已经有了,则返回已有数据的迭代器与插入结果构成的pair.
if (ret != end())
{
return make_pair( ret, false);
}
if (_size == _table.size()) //扩容.
{
// size_t newSize = _table.size() == 0 ? 10 : 2 * _table.size();
vector<Node*> newTable;
newTable.resize(GetNextPrime(_table.size()), nullptr); //扩容
Hash hash;
//从旧表结点移动映射新表.
for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i)
{
Node* cur = _table[i];
while (cur)
{
Node* next = cur->_next;
size_t hashi = hash(kot(cur->_data)) % newTable.size();
cur->_next = newTable[hashi];
newTable[hashi] = cur;
cur = next;
}
_table[i] = nullptr;
}
_table.swap(newTable);
}
size_t hashi = hash(kot(data)) % _table.size();
Node* newNode = new Node(data);
newNode->_next = _table[hashi];
_table[hashi] = newNode;
++_size;
return make_pair(Iterator(newNode,this),true); //如果是新插入的数据,则返回新插入结点构造的迭代器与插入结果组成的pair.
}
Iterator Find(const K& key)
{
if (_table.size() == 0) //表为空,就返回nullptr.
{
return end();
}
Hash hash;
KeyOfT kot;
size_t hashi = hash(key) % _table.size();
Node* cur = _table[hashi];
while (cur)
{
if (kot(cur->_data) == key)
{
return Iterator(cur, this);
}
cur = cur->_next;
}
return end();
}
size_t size()
{
return _size;
}
size_t TablesSize() //表的长度
{
return _table.size();
}
size_t BucketNum() //有多少个桶被用了.
{
size_t Num = 0;
for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i)
{
if (_table[i])
{
++Num;
}
}
return Num;
}
size_t MaxBucketLenth()
{
size_t maxLen = 0;
for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i)
{
size_t len = 0;
Node* cur = _table[i];
while (cur)
{
++len;
cur = cur->_next;
}
if (len > maxLen)
{
maxLen = len;
}
}
return maxLen;
}
private:
vector<Node*> _table;
size_t _size = 0;
};
}
风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。
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