C++深入探究哈希表如何封装出unordered_set和unordered_map

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：

1. 哈希函数
2. 存储冲突元素的链表
3. 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进行插入数据。可以进行如下操作：

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进行插入数据。可以进行如下操作：

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。