以下是关于“C++深入探究哈希表如何封装出unordered_set和unordered_map”的完整攻略:
前言
哈希表是一种非常常用的数据结构,它的原理是利用哈希函数将元素映射到数组中,实现快速的查找、插入、删除等操作。在C++标准库中,也提供了一些封装好的哈希表容器,如unordered_set和unordered_map。
本文将对C++中哈希表的实现原理进行探究,并分析如何封装出unordered_set和unordered_map。
哈希表的实现原理
哈希表的核心思想就是利用哈希函数将元素映射到数组中,然后将冲突的元素以链表的形式存储在数组对应位置上。
哈希函数需要满足以下特点:
- 计算速度快
- 分布均匀
- 冲突尽可能少
哈希表的实现可以分为三个部分:
- 哈希函数
- 存储冲突元素的链表
- 插入/删除/查找操作
这里我们就以具体的代码为例进行说明。
哈希表的封装过程
1. 定义哈希函数
C++标准库中使用的哈希函数是hash<>模板,可以将任意类型的数据类型转化为哈希值。我们在定义自己的哈希表时,也可以利用这个模板,对需要存储的元素进行哈希操作。
示例代码:
template<typename Key>
struct MyHash {
size_t operator()(const Key& key) const {
// 自定义哈希函数的实现
}
};
自定义哈希函数需要重载函数调用运算符,接收一个需要哈希的参数,计算出哈希值并返回。在实际开发中,可以根据需要调整哈希函数的实现方式。
2. 定义哈希表结构体
接下来,我们需要定义一个哈希表的结构体,其中包含一个存储元素的数组和哈希函数。
示例代码:
template<typename Key, typename Value>
struct MyHashTable {
struct Node {
Key key;
Value val;
Node* next;
Node(const Key& k, const Value& v) : key(k), val(v), next(nullptr) {}
};
vector<Node*> table;
hash<Key> hash_function;
MyHashTable(size_t size = 100) {
table.resize(size, nullptr);
}
size_t get_index(const Key& key) const {
return hash_function(key) % table.size();
}
void insert(const Key& key, const Value& val) {
size_t index = get_index(key);
Node* cur = table[index];
while (cur) {
if (cur->key == key) {
cur->val = val;
return;
}
cur = cur->next;
}
Node* new_node = new Node(key, val);
new_node->next = table[index];
table[index] = new_node;
}
bool find(const Key& key, Value& val) const {
size_t index = get_index(key);
Node* cur = table[index];
while (cur) {
if (cur->key == key) {
val = cur->val;
return true;
}
cur = cur->next;
}
return false;
}
void erase(const Key& key) {
size_t index = get_index(key);
Node* cur = table[index];
Node* prev = nullptr;
while (cur) {
if (cur->key == key) {
if (prev) {
prev->next = cur->next;
} else {
table[index] = cur->next;
}
delete cur;
return;
}
prev = cur;
cur = cur->next;
}
}
};
在这个结构体中,我们定义了一个存储元素的vector容器table,其中每个元素都是一个Node类型的指针。Node用来存储key和val的值,以及next指针,用来存储冲突的元素。
3. 构造unordered_set和unordered_map
最后,我们就可以将MyHashTable进行进一步封装,得到unordered_set和unordered_map了。
unordered_set
unordered_set本质上是一个键值对为(key, key)的MyHashTable,这里的key和value是相等的。需要重载hash<>模板,定义MyHash类型的哈希函数即可。
示例代码:
template<typename Key>
struct MyHash {
size_t operator()(const Key& key) const {
// 自定义哈希函数的实现
}
};
template<typename Key>
struct MyEqual {
bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) const {
return lhs == rhs;
}
};
template<typename Key>
using MyUnorderedSet = MyHashTable<Key, Key, MyHash<Key>, MyEqual<Key>>;
在这个代码中,我们将MyHashTable进行了进一步的封装,定义了一个键值对为(key, key)的MyUnorderedSet,其中哈希方式和比较方式都是自定义的。
unordered_map
unordered_map本质上是一个键值对为(key, value)的MyHashTable。同样需要重载hash<>模板,定义MyHash类型的哈希函数和自定义的比较函数。
示例代码:
template<typename Key, typename Value>
struct MyHash {
size_t operator()(const Key& key) const {
// 自定义哈希函数的实现
}
};
template<typename Key, typename Value>
struct MyEqual {
bool operator()(const Key& lhs, const Key& rhs) const {
return lhs == rhs;
}
};
template<typename Key, typename Value>
using MyUnorderedMap = MyHashTable<Key, Value, MyHash<Key>, MyEqual<Key>>;
在这个代码中,我们将MyHashTable进行了进一步的封装,定义了一个键值对为(key, value)的MyUnorderedMap,其中哈希方式和比较方式都是自定义的。
示例1
假设我们要使用MyUnorderedSet
MyUnorderedSet<int> my_set;
my_set.insert(1);
my_set.insert(2);
my_set.insert(3);
这里的insert操作实际上是调用了MyHashTable中的insert操作。
示例2
假设我们要使用MyUnorderedMap
MyUnorderedMap<string, int> my_map;
my_map.insert({"apple", 1});
my_map.insert({"banana", 2});
my_map.insert({"orange", 3});
这里的insert操作实际上是调用了MyHashTable中的insert操作。
总结
以上就是关于“C++深入探究哈希表如何封装出unordered_set和unordered_map”的完整攻略。在具体使用时,可以根据自己的需求,对哈希函数、MyHashTable和MyUnorderedSet/MyUnorderedMap进行相应的修改,以实现自己的功能。
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