最基础的数据结构(转自程序员杂志)(选二)

　Hash表
　　 作为一种抽象数据结构，词典（Dictionary）被定义为键-值(Key-Value)对的集合。举例来说，在电话号码簿中，通过查找姓名，来找到电话号码，这个例子中姓名是key，电话号码是value。又比如，在学生花名册中，通过查找学号，来找到学生的姓名，这个例子中学号是key，学生的姓名是value。词典最常见的实现方式是Hash表。
　　 Hash表的实现思路如下：通过某种算法，在键-值对的存储地址和键-值对中的key之间，建立一种映射，使得每一个key，都有一个确定的存储地址与之对应。这种算法被封装在Hash函数中。在查找时，通过Hash函数，算出和key对应的存储地址，从而找到相应的键-值对。相对于通过遍历整个键-值对列表来进行查找，Hash表的查找效率要高得多，理想的情况下算法复杂度仅为O(1)（遍历查找的复杂度为O(n)）。
　　但是，由于通常情况下key的集合比键-值对存储地址的集合要大得多，所以有可能把不同的key映射到同一个存储地址上。这种情况称为冲突（collision）。一个好的Hash函数应该尽可能地把key映射到均匀的地址空间中，以减少冲突。Hash表的实现也应该提供解决冲突的方案。
　　Hash表是一种相对复杂得多的数据结构，从底层完整地实现一个Hash表，也许超出了对一个普通程序员的要求。但是，由于它是如此重要，了解Hash表的概念和掌握使用它的接口，仍然是一项必不可少的技能。
　　 C语言中没有提供现成的Hash表，但是C++提供了优秀的Hash表实现容器hash_map。象STL中的其他容器一样，hash_map支持任何数据类型，支持内存自动管理，能够自动增长。特别地，hash_map通过模板机制，实现了和hash函数的剥离，也就是说，程序员可以定义自己的hash函数，交给hash_map去进行相应的工作。如下例：
　　
　　hash_map <string, int> hml; // 使用默认的Hash<string>函数
　　hash_map <string, int, hfct> hml; // 使用自定义的hfct()作为hash函数
　　hash_map <string, int, hfct, eql> hml; // 使用自定义的hfct()作为hash函数，并且使用自定义的eql()函数比较对象是否相等
　　
　　 Java定义了Map接口，抽象了关于Map的各种操作。在实现了Map接口的类中，有两种是Hash表：HashMap和WeakHashMap（HashTable在Java 1.1以后已被废弃）。后者用于实现所谓“标准映射”（canonicalizing mappings），和本文讨论的内容关系不大。HashMap接受任何类型的对象作为键-值对的元素，支持快速的查找。如下例：
　　
　　HashMap hm = new HashMap();
　　hm.put("akey", "this is a word"); // 使用两个字符串作为键-值对
　　String str = (String) hm.get("akey");
　　System.out.println(str);
　　
　　HashMap和hash函数也是剥离的，但使用了另一种思路。在Java中，根类型Object定义了hashCode()和equals()方法，由于任何类型的对象都派生自Object，所以它们都自动继承了这两个方法。用户自定义的类应该重载这两个方法，以实现自己的hash函数和比较函数。如果这两个函数没有被重载，Java会使用Object的hashCode()和equals()方法，它们的默认实现分别是返回对象的地址，以及比较两个对象的地址是否相等。
　　在PHP中，数组和Hash表合而为一了。从语法上看，PHP中并没有Hash表这样的容器，而只支持数组。不同的是，PHP中的数组不但支持使用数字下标进行索引，而且支持使用字符串下标进行索引。换句话说，PHP中的数组支持使用键-值对作为数组的元素，并且可以使用键来进行索引(键必须为integer类型或string类型)。而且，PHP中的数组支持自动增长和嵌套。如下例：
　　
　　$arr = array(1 => 12, "akey" => "this is a word");
　　echo $arr[1]; // 得到12
　　echo $arr["akey"]; // 得到"this is a word"
　　
　　 PHP没有提供自定义hash函数的接口。由于它不接受integer和string以外的类型作为键，这一点事实上也没有必要。
　　
　　结束语
　　 当接受这篇文章的约稿时，我认为这是一项比较简单的工作。因为这三种数据结构实在是太基础了，所以我甚至怀疑是否能够写出足够长的篇幅。很快我就发现了自己的错误。光是字符串就够写一本书的。
　　 在撰写本文的过程，我回顾了学习过的大部分编程语言，重温了许多经典书籍中的相关章节，启动了各种IDE编写测试用例。我接触到了大量未知的领域，至今我仍然在猜测许多问题的实现细节。这从另外一个方面说明了基本数据结构的重要性：即使在我们最熟悉的事物中，也隐藏着极为深刻的原理