在GCC和Visual Studio中使用hash_map

在GCC和Visual Studio中使用hash_map

熟悉STL或熟悉ACM/ICPC的话，其中的set, map, multiset, multimap一定用过无数次了，它们都是用平衡二叉树（红黑树）实现的，复杂度为O(lgn)。我们也知道set, map可以通过哈希来实现，复杂度只有O(1)，可惜直到现在，unsorted_set或hash_map都没能成为C++标准的一部分（C++0x，- -b）。不过无论在GNU GCC中还是Microsoft Visual Studio中都有对hash_set, hash_map, hash_multiset, hash_multimap的支持。

GCC中的hash_map定义在文件，namespace__gnu_cxx中。要定义一个hash_map非常简单：

#include
usingnamespace__gnu_cxx;
hash_map<int,int> hm;

在使用map时，如果我们想要改变元素顺序，或以自定义的struct/class作为key的时候，可以设定map第三个模板参数（默认是less，即operator<）。对于hash_map，我们需要设定其第三个(hash)和第四个模板参数(equal_to, operator==)。

typedeflonglongmy_type;
typedefintany_type;
structmy_hash {
size_toperator()(constmy_type& key)const{
return(key >> 32) ^ key;
}
};
structmy_equal_to {
booloperator()(constmy_type& lhs,constmy_type& rhs)const{
returnlhs == rhs;
}
};
hash_map my_hash_map;

对与int等基本类型，系统提供有hash等版本的模板特化，所以只需要指定前两个模板参数就足够了。实现了模板特化的有以下类型

[const]char*, crope, wrope, [signed|unsigned]char, [unsigned]short, [unsigned]int, [unsigned]long

如果需要的话，我们也可以为其他类型实现模板特化

1 // hash_map, EqualKey=equal_to, Alloc=allocator >
2 #include
3 #include
4 #include
5 usingnamespacestd;
6 usingnamespace__gnu_cxx;
7
8 namespace__gnu_cxx {
9 template<>
10 structhashint,int> > {
11 size_toperator()(constpair<int,int>& key)const{
12 returnkey.first * key.second;
13 }
14 };
15 }
16 hash_mapint,int>,int> hm;

Visual C++的hash_map定义在文件，namespacestdext中，早先在namespace std中。其实现与GCC的不同，模板参数也不一样，比如上面的例子在VC++版本如下

1 // hash_map >, Allocator=allocator > >
2 >
3 classhash_map
4 #include
5 #include
6 #include
7 usingnamespacestd;
8 usingnamespacestdext;
9
10 template<>
11 structhash_compareint,int> > {
12 // the mean number of elements per bucket
13 staticconstsize_tbucket_size = 4;
14 // the minimum number of buckets
15 staticconstsize_tmin_buckets = 8;
16 // hash function
17 size_toperator()(constpair<int,int>& key)const{
18 returnkey.first * key.second;
19 }
20 // compare function
21 booloperator()(constpair<int,int>& lhs,constpair<int,int>& rhs)const{
22 returnlhs < rhs;
23 }
24 };
25 hash_mapint,int>,int> hm;

相比前面的hash，上面的hash_compare显然要复杂不少。

不过二者提供的方法基本一致，也和std::map和其他STL容器相似。所以对于上面定义的hash_map，我们都可以用下面的代码进行测试

1 ...
2 intmain() {
3 intn;
4 scanf("%d", &n);
5 for(inti = 0; i < n; ++i) {
6 hm[make_pair(i, i)] = i;
7 }
8 for(hash_mapint,int>,int>::iterator i = hm.begin(); i != hm.end(); ++i) {
9 printf("%d ", i->second);
10 }
11 printf("\n%d / %d\n", hm.size(), hm.bucket_count());
12 return0;
13 }

n取12时，GCC 4.4.1得到的结果是

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12 / 193

而Visual Studio 2010得到的结果是

0 4 8 1 3 5 7 9 11 2 6 10
12 / 8

由此我们可以看出二者在hash_map实现上的不同。__gnu_cxx::hash_map保持size<=bucket_count，而以193, 389, 769, 1543…这样近似成倍增长的质数作为bucket_count。stdext::hash_map则保持size<=bucket_size*bucket_count，bucket_count起初为min_buckets=8，不足时以8倍增长。

之所以我们要选择hash_map，是为了获得更高的效率。hash_map比map到底快多少呢，我们通过下面的程序来测试一下。通过__GNUC__和_MSC_VER这两个宏，我们可以把两个版本的代码写到一起

1 #include
2 #include
3 #include
4 usingnamespacestd;
5
6 #if defined(_MSC_VER)
7 # include
8 usingstdext::hash_map;
9 #elif defined(__GNUC__)
10 # include
11 using__gnu_cxx::hash_map;
12 #else
13 # error 悲剧啊
14 #endif
15
16 intmain() {
17 clock_tS;
18
19 S =clock();
20 for(inti = 0; i < 20; ++i) {
21 hash_map<int,int> H;
22 for(inti = 0; i < (1 << 20); ++i) {
23 H[i] = i;
24 }
25 }
26 printf("hash_map: %.2lfs\n", (double)(clock() - S) / CLOCKS_PER_SEC);
27
28 S =clock();
29 for(inti = 0; i < 20; ++i) {
30 map<int,int> M;
31 for(inti = 0; i < (1 << 20); ++i) {
32 M[i] = i;
33 }
34 }
35 printf("map: %.2lfs\n", (double)(clock() - S) / CLOCKS_PER_SEC);
36
37 return0;
38 }

结果得到的是（gcc和VS的结果分别来自不同机器，因此没有可比性）

* g++ -O2
hash_map: 5.39s
map: 12.35s
* VS2010 Release
hash_map: 9.53s
map: 9.44s

发现g++里hash_map确实要比map快不少，而Visual Studio 2010就是个悲剧，信hash_map不如信春哥啊。

嘛，hash_map确实可能带来一些performance，但不那么stable，所以我们可以考虑优先使用hash_map，而将map最为fallback备胎。

1 #define USE_HASH_MAP ?
2 #if USE_HASH_MAP
3 #include
4 typedef__gnu_cxx::hash_map<int,int> Hash;
5 #else
6 #include
7 typedefstd::map<int,int> Hash;
8 #endif

不过在浙大校赛这种judge是优秀的gcc，而比赛环境是混乱的VC6的比赛里。hash_map什么的还是能不用就不用吧……

http://watashi.ws/blog/618/gcc-visual-studio-hash-map/