【C++】unordered map/set
文章目录
-
- 改造LinkHashTable
- 迭代器的添加
- 迭代器接口实现
-
- 构造函数
- operator++
- operator--
- operator!=
- operator*/->
- 哈希表接口实现
-
- 构造函数
- 拷贝构造函数
- operator=
- 析构函数
- begin() / end()
- Insert
- Erase
- Find
- unordered_map的封装
- unordered_set的封装
- 源码：
-
- LinkHash.h
- unordered_map.h
- unordered_set.h
- test.h
改造LinkHashTable
首先放上改造好的框架，因为和红黑树的封装相近，就不展开详细介绍了
template<class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc>
class HashTable;
//在实际编写代码的过程中我们会发现，HashTable包含迭代器，迭代器又包含了HashTable，两者总是一前一后，所以我们必须要将两个结构体的声明写在前面，让编译器直到存在这样的类型
template<class T>
struct HashNode
{
HashNode(const T& data)
:_data(data)
, _next(nullptr)
{}
T _data;
HashNode<T>* _next;
};
template<class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc>
class HashTable
{
public:
template<class K, class T, class Ref, class Ptr, class KeyOfT, class HashFunc>
friend struct HashIterator;
//迭代器需要调用HashTable的私有成员_tables,所以要将iterator定义为HashTable的友元
typedef HashNode<T> Node;
typedef HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc> Self;
public:
typedef HashIterator<K, T, T&, T*, KeyOfT, HashFunc> iterator;
HashTable()
{}
pair<iterator, bool> Insert(const T& data);
iterator Find(const K& key);
bool Erase(const K& key);
bool Erase(iterator it);
HashTable(const HashTable& ht);
Self& operator=(Self ht);
~HashTable();
iterator begin();
iterator end();
private:
vector<Node*> _tables;
size_t _n = 0;
};
略过迭代器部分，我们发现哈希表的改变也就只有两部分，首先是结点的模板参数右两个K，V变成了现在的T，还有就是哈希表增加了一个模板参数KeyOfT，这两个模板参数的作用和红黑树中的完全一样，是为了让我们的哈希表不仅可以储存单类型
数据还可以储存pair
迭代器需要调用HashTable的私有成员_tables,所以要将iterator定义为HashTable的友元
迭代器的添加
template<class K, class T, class Ref, class Ptr, class KeyOfT, class HashFunc>
struct HashIterator
{
typedef HashNode<T> Node;
typedef HashIterator<K, T, Ref, Ptr, KeyOfT, HashFunc> Self;
HashIterator(Node* node, HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc>* pht)
:_node(node)
,_ht(pht)
{}
Self& operator++();
bool operator!=(const Self& ite)
Ref operator*() {return _node->_data;}
Ptr operator->() {return &_node->_data;}
Node* _node;
HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc>* _ht;
};
迭代器成员构建思路
迭代器的构建是封装的重中之重，最开始我们想到的一定是封装一个指针作为迭代器，这样就可以完成operator */->的构建。
但是如何构建operator++呢？ 结点在哈希桶中间还好，可以通过_next指针向下访问，但是若这个桶走完了呢？
这是我们想到存储以下这个哈希桶的头结点，但是我们的头节点并非是不变的，不管是插入或者是删除都可能引起头节点的改变。那么使用头节点的二级指针呢？ 我们发现也不行 ，若使用二级指针最后一个桶走完了该怎么判断呢？ 我们还得直到存储最后一个桶的首地址，不然很可能产生越界问题。但是前面的问题又来了，最后一个桶的首地址是可能变化的
经过上述思考我们发现存储哈希桶的首地址方法好像行不通，我们需要存储一个不会变化的东西作为基准，于是我们想到了哈希表的地址，不管是插入还是删除还是交换，都是对哈希表的成员_tables进行操作，而哈希表是不会变的，我们可以通过哈希表的指针来找到_tables进而找到需要遍历的下一个位置
在实际编写代码的过程中我们会发现，HashTable包含迭代器，迭代器又包含了HashTable，两者总是一前一后，所以我们必须要将两个结构体的声明写在前面，让编译器直到存在这样的类型
迭代器接口实现
因为迭代器的模板参数非常的多，所以模拟实现并未实现完全的声明定义分离
为方便观察我将迭代器实现中的几个重定义类型放在前面
typedef HashNode<T> Node;
typedef HashIterator<K, T, Ref, Ptr, KeyOfT, HashFunc> Self;
构造函数
HashIterator(Node* node, HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc>* pht)
:_node(node)
,_ht(pht)
{}
operator++
这里存在几种情况：
1._node在哈希桶中间 直接通过_next指针找到下一个结点的地址赋给_node就可以了
2._node在哈希桶的结尾 此时我们要找下一个不为空的哈希桶，我们可以通过现有迭代器的_node直接算其所在桶的位置，然后对桶的下标进行++操作，找到先桶后第一个不为空的桶的头节点即是我们想要找的结点，若后面桶都为空导致index超出了下标的范围，说明已经走完，将_node 置为空
Self& operator++()
{
//情况一
if (_node->_next)
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
//情况二
else
{
KeyOfT kot;
HashFunc hs;
size_t index = hs(kot(_node->_data)) % _ht->_tables.size();
while (++index < _ht->_tables.size())
{
if (_ht->_tables[index])
{
_node = _ht->_tables[index];
return *this;
}
}
//超出范围，表已经走完
_node = nullptr;
return *this;
}
}
operator–
次迭代器不支持operator–，这是由其底层结构决定的，·因为其vector每个结点下面挂的是单链表，所以向前遍历操作十分困难，又因为LInkHash并没有排序功能，所以构建反向迭代器和operator–并没有什么意义，所以在unordered_map/set也都不支持反向迭代器
operator!=
bool operator!=(const Self& ite)
{
if (_node == ite._node)
return false;
else
return true;
}
operator*/->
Ref operator*() {return _node->_data;}
Ptr operator->() {return &_node->_data;}
哈希表接口实现
构造函数
HashTable()
{}
为何要写一个空的构造函数呢？因为我们写了一个拷贝构造函数，函数创建时会默自动调用构造函数，若此时有我们自己写的构造函数优先调用，拷贝构造也是构造函数，所以如果不写构造函数编译器会自动调拷贝构造，导致函数参数不匹配而报错。 所以我们还是要自己写一个构造函数，因为HashTable的成员都是库里的，其会调用自己的构造函数自己初始化
拷贝构造函数
HashTable(const HashTable& ht)
{
_tables.resize(ht._tables.size());
for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
{
Node* cur = ht._tables[i];
Node* newprev = nullptr;
Node* newnode = nullptr;
while (cur)
{
newprev = newnode;
newnode = new Node(cur->_data);
if (newprev)
newprev->_next = newnode;
else
_tables[i] = newnode;
cur = cur->_next;
_n++;
}
}
}
从头遍历每一个哈希桶，将每一个结点依次拷贝链接到新表上。过程比较简单，看看代码应该没有问题
operator=
Self& operator=(Self ht)
{
_tables.swap(ht._tables);
swap(_n, ht._n);
return *this;
}
函数传参调用拷贝构造深拷贝一个新的HashTable ht，然后交换新表和传进来的HashTable的成员就可以达到赋值的效果，形参出作用域后自动销毁
析构函数
~HashTable()
{
for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
{
Node* cur = _tables[i];
while (cur)
{
Node* next = cur->_next;
delete cur;
cur = next;
}
_tables[i] = nullptr;
}
}
依次遍历每一个桶，释放每一个结点，将每个桶的头节点置空，最后vector会自动调用自己的析构函数销毁自己
begin() / end()
iterator begin()
{
for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
{
if (_tables[i])
return iterator(_tables[i], this);
}
return iterator(nullptr, this);
}
iterator end()
{
return iterator(nullptr, this);
}
begin(）就是依次遍历，找到第一个非空的桶，将其头节点传给迭代器就可以了，this指针就是表的地址，非常方便
接下来三个函数都是上一节提到过的，我们对其进行了部分改造，添加了迭代器等。基本思路都是一样的，就不展开细说了。
可以依照这前面的代码对照看看
Insert
template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>
pair<typename HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::iterator, bool> HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::Insert(const T& data)
{
KeyOfT kot;
if (!_tables.empty() && Find(kot(data))._node)
return make_pair(Find(kot(data)), false);
Hash hs;
if (_n >= _tables.size())
{
//扩容
size_t newSize = _tables.size() == 0 ? 10 : 2 * _tables.size();
vector<Node*> newTables;
newTables.resize(newSize);
for (size_t i = 0; i < _tables.size(); i++)
{
Node* cur = _tables[i];
while (cur)
{
Node* next = cur->_next;
size_t index = hs(kot(cur->_data)) % _tables.size();
cur->_next = newTables[index];
newTables[index] = cur;
cur = next;
}
_tables[i] = nullptr;
}
_tables.swap(newTables);
}
size_t index = hs(kot(data)) % _tables.size();
Node* NewNode = new Node(data);
NewNode->_next = _tables[index];
_tables[index] = NewNode;
++_n;
return make_pair(iterator(NewNode, this), true);
}
Erase
template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>
bool HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::Erase(const K& key)
{
Hash hs;
size_t index = hs(key) % _tables.size();
Node* cur = _tables[index];
Node* prev = nullptr;
while (cur && kot(cur->_data) != key)
{
prev = cur;
cur = cur->_next;
}
if (cur == nullptr)
return false;
else if (prev == nullptr)
{
Node* next = cur->_next;
_tables[index] = next;
delete cur;
cur = nullptr;
return true;
}
else
{
prev->_next = cur->_next;
delete cur;
cur = nullptr;
return true;
}
}
template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>
bool HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::Erase(iterator it)
{
return Erase(kot((it._node)->_data));
}
Find
template<class K, class T, class KeyOfT, class Hash>
typename HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::iterator HashTable<K, T, KeyOfT, Hash>::Find(const K& key)
{
if (_tables.empty())
return iterator(nullptr, this);
Hash hs;
KeyOfT kot;
size_t index = hs(key) % _tables.size();
Node* start = _tables[index];
while (start && kot(start->_data) != key)
{
start = start->_next;
}
return iterator(start, this);
}
unordered_map的封装
template<class K, class V, class HashFunc = Hash<K>>
class my_unordered_map
{
public:
struct MapKeyOfT
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv) {
return kv.first;
}
};
typedef typename LinkHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, HashFunc>::iterator iterator;
iterator begin() { return _ht.begin(); }
iterator end() { return _ht.end(); };
pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv) { return _ht.Insert(kv); }
bool erase(const K& key) { return _ht.Erase(key); }
V& operator[](const K& key)
{
auto ret = insert(make_pair(key, V()));
return ret.first._node->_data.second;
}
//Find(const K& key);
private:
LinkHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, HashFunc> _ht;
};
unordered_set的封装
template<class K, class HashFunc = Hash<K>>
class my_unordered_set
{
public:
struct SetKeyOfT
{
const K& operator()(const K& key) {
return key;
}
};
typedef typename LinkHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT, HashFunc>::iterator iterator;
iterator begin() { return _ht.begin(); }
iterator end() { return _ht.end(); };
pair<iterator, bool> insert(const K& key) { return _ht.Insert(key); }
bool erase(const K& key) { return _ht.Erase(key); }
//Find(const K& key);
private:
LinkHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT, HashFunc> _ht;
};
在实际编写代码的过程中我们会发现，HashTable包含迭代器，迭代器又包含了HashTable，两者总是一前一后，所以我们必须要将两个结构体的声明写在前面，让编译器知道存在这样的类型
源码：
LinkHash.h
#pragma once
#include ht;
//int arr[] = { 1, 11, 21, 31, 5, 6, 7, 8, 9,10, 44 };
//for (auto e : arr)
//{
// ht.Insert(make_pair(e, e));
//}
//cout << endl;
}
}
unordered_map.h
#pragma once
#include "LinkHash.h"
namespace clx
{
template<class K, class V, class HashFunc = Hash<K>>
class my_unordered_map
{
public:
struct MapKeyOfT
{
const K& operator()(const pair<K, V>& kv) {
return kv.first;
}
};
typedef typename LinkHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, HashFunc>::iterator iterator;
iterator begin() { return _ht.begin(); }
iterator end() { return _ht.end(); };
pair<iterator, bool> insert(const pair<K, V>& kv) { return _ht.Insert(kv); }
bool erase(const K& key) { return _ht.Erase(key); }
V& operator[](const K& key)
{
auto ret = insert(make_pair(key, V()));
return ret.first._node->_data.second;
}
//Find(const K& key);
private:
LinkHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT, HashFunc> _ht;
};
void my_unordered_map_test()
{
my_unordered_map<int, int> um1;
um1.insert(make_pair(1, 1));
um1.insert(make_pair(11, 11));
um1.insert(make_pair(21, 21));
um1.insert(make_pair(31, 31));
my_unordered_map<int, int> um2(um1);
auto it = um1.begin();
while (it != um1.end())
{
cout << it->first << it->second << endl;
++it;
}
it = um2.begin();
while (it != um2.end())
{
cout << it->first << it->second << endl;
++it;
}
cout << endl;
}
}
unordered_set.h
#pragma once
#include "LinkHash.h"
namespace clx
{
template<class K, class HashFunc = Hash<K>>
class my_unordered_set
{
public:
struct SetKeyOfT
{
const K& operator()(const K& key) {
return key;
}
};
typedef typename LinkHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT, HashFunc>::iterator iterator;
iterator begin() { return _ht.begin(); }
iterator end() { return _ht.end(); };
pair<iterator, bool> insert(const K& key) { return _ht.Insert(key); }
bool erase(const K& key) { return _ht.Erase(key); }
//Find(const K& key);
private:
LinkHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT, HashFunc> _ht;
};
}
test.h
#include "unordered_map.h"
int main()
{
clx::my_unordered_map_test();
return 0;
}