基于哈希表对unordered_map和unordered_set的封装

本章完整代码gitee仓库：对unordered_map和unordered_set的封装、unordered_map和unordered_set源码

1. 哈希表的改造

unordered_map和unordered_set底层都是哈希表的开散列方式。

我们还是像封装map和set类似，先对哈希表改造一下

1.1 模板参数的改造

• K：关键码类型
• T：对于unordered_map，T，就是有个键值对；对于unordered_set，T就是K
• KeyOfT：取出元素（主要是为了unordered_map设计）
• HashFunc：仿函数，将key转换成整数，才能进行取模

template<class K,class T,class KeyOfT,class HashFunc = DefaultHashFunc<K>>
class HashTable
{}

1.2 增加迭代器

多增了Ptr和Ref两个模板参数，用来控制是普通迭代器还是const迭代器

//前置声明
template<class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc>
class HashTable;	

template<class K, class T, class Ptr, class Ref, class KeyOfT, class HashFunc>
struct HTIterator
{
    typedef HashNode<T> Node;
    typedef HTIterator<K, T, Ptr, Ref, KeyOfT, HashFunc> Self;
    //参考list迭代器
    typedef HTIterator<K, T, T*, T&, KeyOfT, HashFunc> Iterator;

    Node* _node;
    //迭代器里面并不用修改哈希表内容，直接设置为const
    const HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc>* _pht;

    HTIterator(Node* node, const HashTable<K, T, KeyOfT, HashFunc>* pht)
        :_node(node)
        ,_pht(pht)
    {}
    //通过迭代器为拷贝构造
    //const迭代器为构造
    HTIterator(const Iterator&it)
        :_node(it._node)
        , _pht(it._pht)
    {}

    Ref operator*()
    {
        return _node->_data;
    }

    Ptr operator->()
    {
        return &_node->_data;
    }

    Self& operator++()
    {
        if (_node->_next)
        {
            _node = _node->_next;
        }
        else
        {
            HashFunc hf;
            KeyOfT kot;
            //当前位置
            size_t hashi = hf(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();
            //下一个位置
            ++hashi;
            //找到不为空的桶
            while (hashi < _pht->_table.size())
            {
                if (_pht->_table[hashi])
                {
                    _node = _pht->_table[hashi];
                    return *this;
                }
                else
                {
                    ++hashi;
                }
            }
            _node = nullptr;
        }
        return *this;
    }

    bool operator!=(const Self& s)
    {
        return _node != s._node;
    }
};

1.3 返回值的修改

Insert：

在哈希表里面，我们插入操作的返回值是bool类型，如果要进行封装，我们需要返回指向元素的迭代器（因为unordered_map还要支持[]）

pair<iterator,bool> Insert(const T& data)
{
    KeyOfT kot;
    iterator ret = Find(kot(data));
    if (ret!=end())
        return make_pair(ret,false);

    HashFunc hf;
    //扩容 -- 扩容的时候会稍微慢一点 ---^(扩容)-----^(扩容)----------^(扩容)-----.....
    //这里的扩容不能和开放定址法一样采用将旧表元素重新插入新表
    //因为这里涉及到开节点，新表开新节点，旧表释放旧节点，浪费
    if (_n == _table.size())
    {
        size_t newSize = _table.size() * 2;
        vector<Node*> newTable;
        newTable.resize(newSize,nullptr);

        //遍历旧表，将节点牵过来
        for (size_t i = 0; i < _table.size(); i++)
        {
            Node* cur = _table[i];
            while (cur)
            {
                Node* next = cur->_next;
                //头插到新表
                size_t newHashi = hf(kot(cur->_data)) % newSize;
                cur->_next = newTable[newHashi];
                newTable[newHashi] = cur;

                cur = next;
            }
            _table[i] = nullptr;
        }
        _table.swap(newTable);
    }

    size_t hashi = hf(kot(data)) % _table.size();
    //头插
    Node* newNode = new Node(data);
    newNode->_next = _table[hashi];
    _table[hashi] = newNode;

    ++_n;
    return make_pair(iterator(newNode, this), true);
}

Find：

Find操作原先是返回一个节点，现在返回的是迭代器

iterator Find(const K& key)
{
    HashFunc hf;
    KeyOfT kot;
    size_t hashi = hf(key) % _table.size();
    Node* cur = _table[hashi];
    while (cur)
    {
        if (kot(cur->_data) == key)
        {
            return iterator(cur, this);
        }
        cur = cur->_next;
    }
    return end();
}

2. 对unordered_set的封装

unordered_set的key是是不允许的修改的，所以迭代器都是底层都是const_iterator

namespace my_UnorderedSet
{
	template<class K>
	class unordered_set
	{
		struct SetKeyOfT
		{
			const K& operator()(const K& key)
			{
				return key;
			}
		};

	public:
		typedef typename hash_bucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT>::const_iterator iterator;
		typedef typename hash_bucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT>::const_iterator const_iterator;

		iterator begin() const
		{
			return _ht.begin();
		}

		iterator end() const
		{
			return _ht.end();
		}

		pair<iterator, bool> insert(const K& key)
		{
			//强转
			//return _ht.Insert(key);

			//稳定写法
			pair<typename hash_bucket::HashTable<K, K, SetKeyOfT>::iterator, bool> ret = _ht.Insert(key);
			return pair<iterator, bool>(ret.first, ret.second);
		}

		iterator find(const K& key)
		{
			return _ht.Find(key);
		}

		bool erase(const K& key)
		{
			return _ht.Erase(key);
		}


	private:
		hash_bucket::HashTable<K, K,SetKeyOfT> _ht;
	};
}

3. 对unordered_map的封装

unordered_map的key也是不允许修改的，通过控制pair里面的key值，来禁止对key值的修改（const限制）

namespace my_UnorderedMap
{
	template<class K,class V>
	class unordered_map
	{
		struct MapKeyOfT
		{
			const K& operator()(const pair<const K, V>& kv)
			{
				return kv.first;
			}
		};

	public:
		typedef typename hash_bucket::HashTable<K, pair<const K,V>, MapKeyOfT>::iterator iterator;
		typedef typename hash_bucket::HashTable<K, pair<const K,V>, MapKeyOfT>::const_iterator const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _ht.begin();
		}

		iterator end()
		{
			return _ht.end();
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _ht.begin();
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _ht.end();
		}

		pair<iterator, bool> insert(const pair<K,V>& kv)
		{
			return _ht.Insert(kv);
		}
		V& operator[](const K& key)
		{
			pair<iterator, bool> ret = _ht.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}

		iterator find(const K& key)
		{
			return _ht.Find(key);
		}

		bool erase(const K& key)
		{
			return _ht.Erase(key);
		}
	private:
		hash_bucket::HashTable<K, pair<const K, V>, MapKeyOfT> _ht;
	};
}

4. 关于哈希表的长度

有人提出来过，哈希表的长度最好是用素数，SGI库里面就采用的这种方式，提前准备好一份质数表，要扩容的时候，就扩到二倍附近的那个质数

我们也可以放一份质数表到我们的哈希表里面

//质数表
size_t GetNextPrime(size_t prime)
{
    const int PRIMECOUNT = 28;
    static const size_t primeList[PRIMECOUNT] =
    {
    53ul, 97ul, 193ul, 389ul, 769ul,
    1543ul, 3079ul, 6151ul, 12289ul, 24593ul,
    49157ul, 98317ul, 196613ul, 393241ul, 786433ul,
    1572869ul, 3145739ul, 6291469ul, 12582917ul,
   25165843ul,
    50331653ul, 100663319ul, 201326611ul, 402653189ul,
   805306457ul,
    1610612741ul, 3221225473ul, 4294967291ul
    };
    size_t i = 0;
    for (; i < PRIMECOUNT; ++i)
    {
        if (primeList[i] > prime)
            return primeList[i];
    }
    return primeList[i];
}

然后初始化的时候，我们就用这个质数表提供的长度

HashTable()
{
    _table.resize(GetNextPrime(1), nullptr);
}

当然了，这个也没有具体的数据作为支撑，VS2022并没有采用这种方式，g++采用的是这种方式，具体采用哪种方式，看自己的喜好
VS2022：

g++：

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那么本次分享就到这里，我们下期再见，如果还有下期的话