C++ STL中哈希表 hash_map介绍

岳不群－华山派掌门人，人称君子剑
张三丰－武当掌门人，太极拳创始人
东方不败－第一高手，葵花宝典
...

这些信息如果保存下来并不复杂，但是找起来比较麻烦。例如我要找"张三丰"的信息，最傻的方法就是取得所有的记录，然后按照名字一个一个比较。如果要速度快，就需要把这些记录按照字母顺序排列，然后按照二分法查找。但是增加记录的时候同时需要保持记录有序，因此需要插入排序。考虑到效率，这就需要用到二叉树。讲下去会没完没了，如果你使用STL 的map容器，你可以非常方便的实现这个功能，而不用关心其细节。关于map的数据结构细节，感兴趣的朋友可以参看学习STL map, STL set之数据结构基础。看看map的实现:

#include <map>
#include <string>
using namespace std;
...
map<string, string> namemap;

//增加。。。
namemap["岳不群"] = "华山派掌门人，人称君子剑";
namemap["张三丰"] = "武当掌门人，太极拳创始人";
namemap["东方不败"] = "第一高手，葵花宝典";
...

//查找。。
if(namemap.find("岳不群") != namemap.end()){
        ...
}

不觉得用起来很easy吗？而且效率很高，100万条记录，最多也只要20次的string.compare的比较，就能找到你要找的记录;200万条记录事，也只要用21次的比较。

#include <hash_map>
#include <string>
using namespace std;

int main(){
        hash_map<int, string> mymap;
        mymap[9527] = "唐伯虎点秋香";
        mymap[1000000] = "百万富翁的生活";
        mymap[10000] = "白领的工资底线";
        ...
        if(mymap.find(10000) != mymap.end()){
                ...
        }

够简单，和map使用方法一样。这时你或许会问？hash函数和比较函数呢？不是要指定么？你说对了，但是在你没有指定hash函数和比较函数的时候，你会有一个缺省的函数，看看hash_map的声明，你会更加明白。下面是SGI STL的声明：

template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn = hash<_Key>,
class _EqualKey = equal_to<_Key>,
class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class hash_map
{
        ...
}

也就是说，在上例中，有以下等同关系：

...
hash_map<int, string> mymap;
//等同于:
hash_map<int, string, hash<int>, equal_to<int> > mymap;

Alloc我们就不要取关注太多了(希望深入了解Allocator的朋友可以参看标准库 STL ：Allocator能做什么)

struct hash<int> {
        size_t operator()(int __x) const { return __x; }
};

原来是个函数对象。在SGI STL中，提供了以下hash函数：

struct hash<char*>
struct hash<const char*>
struct hash<char> 
struct hash<unsigned char> 
struct hash<signed char>
struct hash<short>
struct hash<unsigned short> 
struct hash<int> 
struct hash<unsigned int>
struct hash<long> 
struct hash<unsigned long>

也就是说，如果你的key使用的是以上类型中的一种，你都可以使用缺省的hash函数。当然你自己也可以定义自己的hash函数。对于自定义变量，你只能如此，例如对于string，就必须自定义hash函数。例如：

struct hash_string{
        size_t operator()(const string& str) const
        {
                unsigned long __h = 0;
                for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)
                __h = 5*__h + str[i];
                return size_t(__h);
        }
};
//如果你希望利用系统定义的字符串hash函数，你可以这样写：
struct hash_string{
        size_t operator()(const string& str) const
        {
                return __stl_hash_string(str.c_str());
        }
};

在Visual Studio下，hash function 和 equal function 在一个结构中，不想SGI的是分开的。

struct hash_string
{
 static const size_t bucket_size = 4;    
 static const size_t min_buckets = 8;

 // 1. define the hash function
 size_t operator()(const string& str) const
 {
   unsigned long __h = 0;
   for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)
    __h = 5*__h + str[i];
   return size_t(__h);
 }

 //// 1. define the hash function
 //size_t operator()(const string& str) const
 //{
 // return __stl_hash_string(str.c_str());
 //}

 // 2. define the equal function
 bool operator()(const string& p1, const string& p2) const{
   return p1 == p2;
 }
};

在声明自己的哈希函数时要注意以下几点：

map<string, string> namemap; 
//改为：
hash_map<string, string, hash_string> namemap;

其他用法都不用边。当然不要忘了吧hash_string的声明以及头文件改为hash_map。

//本代码可以从SGI STL
//先看看binary_function 函数声明，其实只是定义一些类型而已。
template <class _Arg1, class _Arg2, class _Result>
struct binary_function {
        typedef _Arg1 first_argument_type;
        typedef _Arg2 second_argument_type;
        typedef _Result result_type;
};
//看看equal_to的定义：
template <class _Tp>
struct equal_to : public binary_function<_Tp,_Tp,bool>
{
        bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const { return __x == __y; }
};

如果你使用一个自定义的数据类型，如struct mystruct, 或者const char* 的字符串，如何使用比较函数？

struct mystruct{
        int iID;
        int  len;
        bool operator==(const mystruct & my) const{
                return (iID==my.iID) && (len==my.len) ;
        }
};

这样，就可以使用equal_to< mystruct>作为比较函数了。

struct compare_str{
        bool operator()(const char* p1, const char*p2) const{
                return strcmp(p1,p2)==0;
        }
};

有了compare_str，就可以使用hash_map了。

typedef hash_map<const char*, string, hash<const char*>, compare_str> StrIntMap;
StrIntMap namemap;
namemap["岳不群"]="华山派掌门人，人称君子剑";
namemap["张三丰"]="武当掌门人，太极拳创始人";
namemap["东方不败"]="第一高手，葵花宝典";

2.4 hash_map 函数

-bash-2.05b$ cat my.cpp

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;

// just for "#include <hash_map>" in linux
#if __GNUC__>2
#include <ext/hash_map>
using __gnu_cxx::hash_map;
#else
#include <hash_map>
#endif

// 0 define the class
class ClassA{

public:
        ClassA(int a):c_a(a){}
        int getvalue()const { return c_a;}
        void setvalue(int a){c_a = a;}

private:
        int c_a;
};

// 1 define the hash function
struct hash_A{
        size_t operator()(const class ClassA & A)const{
                //  return  hash<int>(classA.getvalue());
                return A.getvalue();
        }
};

// 2 define the equal function
struct equal_A{
        bool operator()(const class ClassA & a1, const class ClassA & a2)const{
                return  a1.getvalue() == a2.getvalue();
        }
};

int main()
{
        hash_map<ClassA, string, hash_A, equal_A> hmap;
        ClassA a1(12);
        hmap[a1]="I am 12";
        ClassA a2(198877);
        hmap[a2]="I am 198877";
        
        cout<<hmap[a1]<<endl;
        cout<<hmap[a2]<<endl;

   return 0;
}

-bash-2.05b$ make my
c++  -O -pipe -march=pentiumpro  my.cpp  -o my
-bash-2.05b$ ./my
I am 12
I am 198877

在Visual Studio下，hash function 和 equal function 在一个结构中，不想SGI的是分开的。

class   MyClass   
{   
    ....   
};   
    
struct   my_hash   
{   
    static   const   size_t   bucket_size   =   4;   
    static   const   size_t   min_buckets   =   8;   
    size_t   operator()(const   MyClass&   Key)   const   
    {   
        size_t   hash   =   999;   
        for   (size_t   i   =   0;   i   <   100000;   i++)   
            hash   =   "hash function";   
        return   hash;   
    }   
    
    bool   operator()(const   MyClass&   c1,   const   MyClass&   c2)   const   
    {   
        return   "equal function";   
    }   
};   
    
int   main()   
{   
    hash_map<MyClass,   int,   my_hash>   my;   
    ......             
}

4.4如何用hash_map替换程序中已有的map容器？

typedef map<Key, Value> KeyMap;

当你希望使用hash_map来替换的时候，只需要修改:

typedef hash_map<Key, Value> KeyMap;

其他的基本不变。当然，你需要注意是否有Key类型的hash函数和比较函数。