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【C++】哈希表模拟:开散列技术与哈希冲突处理

11 人参与  2024年11月05日 10:01  分类 : 《休闲阅读》  评论

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模板进阶-模板特化面向对象三大特性-继承机制面向对象三大特性-多态机制STL 树形结构容器二叉搜索树
AVL树红黑树红黑树封装map/set哈希-开篇闭散列-模拟实现哈希

在上篇中,我们使用闭散列技术解决了哈希冲突并实现了哈希表。然而,我们发现闭散列并不理想,因此本篇将探讨如何通过开散列方法来处理哈希冲突。

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文章目录

一、开散列(哈希桶)二、实现哈希表2.1 哈希表基本构架2.2 哈希表插入数据2.3 哈希表析构函数2.4 哈希表扩容2.5 哈希表删除数据2.6 哈希桶中查找 三、HashTable.h

一、开散列(哈希桶)

开散列法又叫链地址法(开链法),首先对关键码集合用散列函数计算散列地址,具有相同地址的关键码归于同一子集合,每一个子集合称为一个桶,各个桶中的元素通过一个单链表链接起来,各链表的头结点存储在哈希表中。
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从上图可以看出,开散列中每个桶中放的都是发生哈希冲突的元素

二、实现哈希表

2.1 哈希表基本构架

template<class K>    struct HashFunc    {        size_t operator()(const K& key)        {            return (size_t)key;        }    };template<>struct HashFunc<string>{    size_t operator()(const string& key)    {        size_t hash = 0;        for (auto ch : key)        {            hash *= 131;            hash += ch;        }        return hash;    }};namespace hash_buck{    template<class K,class V>        struct HashNode        {            pair<K, V> _kv;            HashNode<K, V> _next;        };    template<class K, class V,class Hash = HashFunc<K>>        class HashTable        {            public:            typedef HashNode<K, V> Node;            HashTable()            {                _tables.resize(10,nullptr);            }            private:            vector<Node*> _tables;            //vector<list<..>> _tables;            size_t _n = 0;        };}

这里如果想实现哈希桶结构,可以使用一个个节点连接起来或者直接套上一个链表容器。这里为了更好地实现迭代器,我们选择第一种方式,第二种方式实现迭代器有一丝麻烦。

开散列中每个桶中放的都是发生哈希冲突的元素 ,并没有顺序之分。

2.2 哈希表插入数据

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bool Insert(const pair<K, V>& kv){    Hash hs;    size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();    //进行头插操作    Node* newnode = new Node(kv);    _tables[hashi]->_next = newnode;    _tables[hashi] = newnode;}

这里链表节点只需要单纯地存储数据,那么只需要设计单链表即可,没有必要设双向链表。对于单链表插入数据,一般推荐采用头插,由于尾插需要找尾比较麻烦。

2.3 哈希表析构函数

这里涉及堆上空间资源的开辟,一般需要涉及析构函数进行资源处理。

由于vector容器元素为内置类型,析构函数对内置类型不进行处理,那么就导致指向空间没有得到释放,需要显式写析构函数,完成资源释放。

~HashTable(){    for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)    {        Node* cur = _tables[i];        while (cur)        {            Node* next = cur->_next;            delete cur;            cur = next;        }    }}

2.4 哈希表扩容

由于哈希桶去解决哈希冲突对于哈希表空间需要相对比较小,不同于开发定址法去解决哈希冲突占用表内空间,而是表中一个指针指向一个空间。

负载因子满足1即可扩容】:_n == _tables.size()

第一个方案】:复用Insert完成CV操作

//扩容逻辑    if (_n == _tables.size())    {        //这里可以忽略类型        HashTable NewTable;        NewTable._tables.resize(n * 10);        //CV工作        for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)        {            Node* cur = _tables[i];            while (cur)            {                NewTable.Insert(_tables[i]._kv);                cur = cur->_next;            }        }        _tables.swap(NewTable);    }

缺陷】:如果存在一万个节点,意味着需要复制一万个节点又要释放一万个节点,显得很浪费

第二个方案】:直接将节点拿下来

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if (_n == _tables.size()){    vector<Node*> NewTable(n * 10, nullptr);    for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)    {        Node* cur = _tables[i];        while (cur)        {            Node* next = cur->_next;            cur->_next = _tables[i];            _tables[i] = cur;            cur = cur->_next;        }        _tables[i] = nullptr;    }    _tables.swap(NewTable);}

关于这段代码是比较难懂,每个指针指向一块空间,先cur->next = newTables[hashi]抓住新表的位置,newTables[hashi] = cur新表将旧表节点拿下来,可以好好理解拿下来的逻辑,得到了这个地址,这个地址指向一块节点。

这里会导致newTables[hashi]_tables[i]共同指向一块空间,虽然不会去使用旧表去影响到新表,为了保险起见,可以将旧表这块位置指针置空。

2.5 哈希表删除数据

bool Erase(const K& key){    Hash hs;    size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();    Node* cur = _tables[hashi];    Node* prev = nullptr;    while (cur)    {        if (cur->_kv.first == key)        {            if (prev == nullptr)            {                _tables[hashi] = cur->_next;            }            else            {                prev->_next = cur->_next;            }            delete cur;            return true;        }        else        {            prev = cur;            cur = cur->_next;        }    }    return false;}

这里删除数据,无非需要考虑两种情况的删除,一种是删除第一个节点,另一种是删除其他节点prev->_next = cur->_next。在删除节点需要前后兼顾,保存下前驱指针指向节点。

2.6 哈希桶中查找

Node* Find(const K& key){    Hash hs;    size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();    Node* cur = _tables[hashi];    while (cur)    {        if (cur->_kv.first == key)        {            return &cur->_kv.first;        }        else        {            cur = cur->_next;        }    }    return nullptr;}

三、HashTable.h

template<class K>    struct HashFunc    {        size_t operator()(const K& key)        {            return (size_t)key;        }    };template<>struct HashFunc<string>{    size_t operator()(const string& key)    {        size_t hash = 0;        for (auto ch : key)        {            hash *= 131;            hash += ch;        }        return hash;    }};namespace hash_bucket{    template<class K,class V>        struct HashNode        {            pair<K, V> _kv;            HashNode<K, V> _next;        };    template<class K, class V,class Hash = HashFunc<K>>        class HashTable        {            public:            typedef HashNode<K, V> Node;            HashTable()            {                _tables.resize(10,nullptr);            }            ~HashTable()            {                for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)                {                    Node* cur = _tables[i];                    while (cur)                    {                        Node* next = cur->_next;                        delete cur;                        cur = next;                    }                }            }            bool Insert(const pair<K, V>& kv)            {                Hash hs;                size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();                //扩容逻辑                //if (_n == _tables.size())                //{                ////这里可以忽略类型                //HashTable NewTable;                //NewTable._tables.resize(n * 10);                //                ////CV工作                //for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)                //{                //Node* cur = _tables[i];                //while (cur)                //{                //NewTable.Insert(_tables[i]._kv);                //cur = cur->_next;                //}                //}                //_tables.swap(NewTable);                //}                if (_n == _tables.size())                {                    vector<Node*> NewTable(n * 10, nullptr);                    for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)                    {                        Node* cur = _tables[i];                        while (cur)                        {                            Node* next = cur->_next;                            // 头插新表的位置                            size_t hashi = hs(kot(cur->_data)) % NewTable.size();                            cur->_next = NewTable[hashi];                            NewTable[hashi] = cur;                            cur = cur->_next;                        }                        _tables[i] = nullptr;                    }                    _tables.swap(NewTable);                }                //进行头插操作                Node* newnode = new Node(kv);                _tables[hashi]->_next = newnode;                _tables[hashi] = newnode;                ++_n;            }            Node* Find(const K& key)            {                Hash hs;                size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();                Node* cur = _tables[hashi];                while (cur)                {                    if (cur->_kv.first == key)                    {                        return &cur->_kv.first;                    }                    else                    {                        cur = cur->_next;                    }                }                return nullptr;            }            bool Erase(const K& key)            {                Hash hs;                size_t hashi = hs(kv.first) % _tables.size();                Node* cur = _tables[hashi];                Node* prev = nullptr;                while (cur)                {                    if (cur->_kv.first == key)                    {                        if (prev == nullptr)                        {                            _tables[hashi] = cur->_next;                        }                        else                        {                            prev->_next = cur->_next;                        }                        delete cur;                        return true;                    }                    else                    {                        prev = cur;                        cur = cur->_next;                    }                }                return false;            }            private:            vector<Node*> _tables;            size_t _n = 0;        };}

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以上就是本篇文章的所有内容,在此感谢大家的观看!这里是店小二呀C++笔记,希望对你在学习C++语言旅途中有所帮助!


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