【C++】STL之unordered_map和unordered_set的模拟实现

作者：人工智能uu | 2024-08-07 06:10:26

踩

文章目录

哈希表的改造

哈希表的开散列方式拥有更高的空间利用率，所以unordered_map和unordered_set的底层使用开散列方式实现

以前实现的哈希表只能实现单一数据类型的插入操作，但是要用一个哈希表同时封装出unordered_map和unordered_set，就得对哈希表进行改造，让它更加通用

模板参数改造

unordered_map是KV结构的，而unordered_set是K结构的，模板参数传入的值有可能是pair<K, V>，也有可能是一个key，所以在进行对key的比较或者运算时，我们并不知道这个类型是pair还是key，所以我们需要把这个取值交给用户自己完成，添加一个模板参数KeyOfT，就可以在传参时传入key的取值规则，在运算时，不管传入的时哪种类型的数据，都可以取出key值进行比较和运算，这个设计在map和set的模拟实现中就使用过

【C++】STL之map和set的模拟实现

template <class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
1

添加默认成员函数

拷贝构造函数

拷贝构造采用深拷贝实现

将哈希表的大小调整成要拷贝表的大小
将要拷贝表中的结点一个一个的考到哈希表中
更改哈希表的有效个数

HashTable(const HashTable& ht) {
    _n = ht._n;
    _table.resize(ht._table.size());

    for (size_t i = 0; i < ht._table.size(); i++) {
        Node* cur = ht._table[i];
        while (cur) {
            Node* copy = new Node(cur->_data);
            copy->_next = _table[i];
            _table[i] = copy;
            cur = cur->_next;
        }
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

赋值运算符重载

现代写法

HashTable& operator=(HashTable ht) {
    _table.swap(ht._table);
    swap(_n, ht._n);

    return *this;
}
1
2
3
4
5
6

析构函数

~HashTable() {
    for (size_t i = 0; i < _table.size(); i++) {
        Node* cur = _table[i];
        while (cur) {
            Node* next = cur->_next;
            delete cur;
            cur = next;
        }
        _table[i] = nullptr;
    }
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

增加迭代器

由于哈希桶的性质，哈希表只能支持正向迭代器

结构

template <class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
struct __HTIterator {
    typedef HashNode<T> Node;
    typedef __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc> Self;
    typedef HashTable< K, T, KeyOfT, HashFunc> HT;
    Node* _node;
    HT* _pht;
};
1
2
3
4
5
6
7
8

要实现**++操作**，需要在遍历完桶时找到下一个桶的头节点地址，所以迭代器结点中需要传入哈希表的地址

//构造函数
__HTIterator(Node* node, HT* pht)
	:_node(node) //结点指针
	, _pht(pht) //哈希表地址
{}
1
2
3
4
5

++ 操作

++操作就算找当前结点的下一个结点

如果当前结点不是这个桶的最后一个结点，++走到**当前结点的下一个结点**
如果当前结点是桶的最后一个结点，++走到**下一个非空桶的第一个结点**

Self& operator++() {
    //当前桶中还有数据，走到当前桶结点的下一个
    if (_node->_next){
        _node = _node->_next;
    }
    //当前桶中没有数据了，走到下一个桶
    else {
        HashFunc hf;
        KeyOfT kot;

        //size_t index = HashFunc()(KeyOfT()(_node->_data)) % _pht->_table.size();
        size_t index = hf(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();

        ++index;
        while (index < _pht->_table.size()) {
            if (_pht->_table[index]) {
                _node = _pht->_table[index];
                return *this;
            }
            else {
                ++index;
            }
        }
        _node = nullptr;  
    }
    return *this;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

迭代器完整实现

template <class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
struct __HTIterator {
    typedef HashNode<T> Node;
    typedef __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc> Self;
    typedef HashTable< K, T, KeyOfT, HashFunc> HT;
    Node* _node;
    HT* _pht;

    __HTIterator(Node* node, HT* pht)
        :_node(node)
        , _pht(pht)
    {}


    Self& operator++() {
        //当前桶中还有数据，走到当前桶结点的下一个
        if (_node->_next) {
            _node = _node->_next;
        }
        //当前桶中没有数据了，走到下一个桶
        else {
            HashFunc hf;
            KeyOfT kot;

            //size_t index = HashFunc()(KeyOfT()(_node->_data)) % _pht->_table.size();
            size_t index = hf(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();

            ++index;
            while (index < _pht->_table.size()) {
                if (_pht->_table[index]) {
                    _node = _pht->_table[index];
                    return *this;
                }
                else {
                    ++index;
                }
            }
            _node = nullptr;
        }
        return *this;
    }

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

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

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

    bool operator ==(const Self& s) const {
        return _node == s._node;
    }
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58

begin()函数

begin()函数就是返回哈希表中第一个非空桶的第一个结点的迭代器

iterator begin() {
    size_t i = 0;
    while (i < _table.size()) {
        if (_table[i]) {
            return iterator(_table[i], this);
        }
        ++i;
    }
    return end();
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

end()函数

end()函数返回的是一个空迭代器

iterator end() {
    return iterator(nullptr, this);
}
1
2
3

哈希表改造完整代码

#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
namespace OpenHash {
    template<class T>
    struct HashNode {
        HashNode(const T& data)
            :_data(data)
            ,_next(nullptr)
        {}
        HashNode<T>* _next;
        T _data;
    };

    template<class K>
    struct Hash
    {
        size_t operator()(const K& key) //返回键值key
        {
            return key;
        }
    };

    //string类型的特化
    template<>
    struct Hash<string> {
        //BKDRHash算法
        size_t operator()(const string& s) {
            size_t value = 0;
            for (auto ch : s) {
                value += ch;
                value *= 131;
            }
            return value;
        }
    };

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

    template <class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
    struct __HTIterator {
        typedef HashNode<T> Node;
        typedef __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc> Self;
        typedef HashTable< K, T, KeyOfT, HashFunc> HT;
        Node* _node;
        HT* _pht;

        __HTIterator(Node* node, HT* pht)
            :_node(node)
            ,_pht(pht)
        {}


        Self& operator++() {
            //当前桶中还有数据，走到当前桶结点的下一个
            if (_node->_next){
                _node = _node->_next;
            }
            //当前桶中没有数据了，走到下一个桶
            else {
                HashFunc hf;
                KeyOfT kot;

                //size_t index = HashFunc()(KeyOfT()(_node->_data)) % _pht->_table.size();
                size_t index = hf(kot(_node->_data)) % _pht->_table.size();

                ++index;
                while (index < _pht->_table.size()) {
                    if (_pht->_table[index]) {
                        _node = _pht->_table[index];
                        return *this;
                    }
                    else {
                        ++index;
                    }
                }
                _node = nullptr;  
            }
            return *this;
        }

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

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

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

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

    template <class K, class T, class KeyOfT, class HashFunc = Hash<K>>
    class HashTable {
        typedef HashNode<T> Node;
        friend struct __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc>;
    public:
        typedef __HTIterator<K, T, KeyOfT, HashFunc> iterator;
        
        HashTable() = default; //显示生成默认构造函数

        HashTable(const HashTable& ht) {
            _n = ht._n;
            _table.resize(ht._table.size());

            for (size_t i = 0; i < ht._table.size(); i++) {
                Node* cur = ht._table[i];
                while (cur) {
                    Node* copy = new Node(cur->_data);
                    copy->_next = _table[i];
                    _table[i] = copy;
                    cur = cur->_next;
                }
            }
        }

        HashTable& operator=(HashTable ht) {
            _table.swap(ht._table);
            swap(_n, ht._n);

            return *this;
        }

        ~HashTable() {
            for (size_t i = 0; i < _table.size(); i++) {
                Node* cur = _table[i];
                while (cur) {
                    Node* next = cur->_next;
                    delete cur;
                    cur = next;
                }
                _table[i] = nullptr;
            }
        }

        iterator begin() {
            size_t i = 0;
            while (i < _table.size()) {
                if (_table[i]) {
                    return iterator(_table[i], this);
                }
                ++i;
            }
            return end();
        }

        iterator end() {
            return iterator(nullptr, this);
        }

        size_t GetNextPrime(size_t prime){
            static 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];
        }

        pair<iterator, bool> Insert(const T& data) {
            HashFunc hf;
            KeyOfT kot;

            auto ret = Find(kot(data));
            if (ret != end()) {
                return make_pair(ret, false);
            }

            //负载因子到1时增容
            if (_n == _table.size()) {
                vector<Node*> newtable;

                /*size_t newSize = _table.size() == 0 ? 10 : _table.size() * 2;
                newtable.resize(newSize, nullptr);*/

                newtable.resize(GetNextPrime(_table.size()));

                //遍历取旧表中结点，重新计算映射位置，挂到新表中
                for (size_t i = 0; i < _table.size(); ++i) {
                    if (_table[i]) {
                        Node* cur = _table[i];
                        while (cur) {
                            //计算key在新表中的映射位置
                            Node* next = cur->_next;
                            size_t index = hf(kot(cur->_data)) % newtable.size();
                            //头插
                            cur->_next = newtable[index];
                            newtable[index] = cur;
                            cur = next;
                        }
                        _table[i] = nullptr;
                    }
                }
                _table.swap(newtable);
            }

            //计算key映射位置
            size_t index = hf(kot(data)) % _table.size();
            Node* newnode = new Node(data);

            //头插
            newnode->_next = _table[index];
            _table[index] = newnode;

            ++_n;

            return make_pair(iterator(newnode, this), true);
        }

        iterator Find(const K& key) {
            KeyOfT kot;
            HashFunc hf;
            if (_table.size() == 0) {
                return end();
            }

            size_t index = hf(key) % _table.size();
            Node* cur = _table[index];

            while (cur) {
                if (kot(cur->_data) == key) {
                    return iterator(cur, this);
                }
                else {
                    cur = cur->_next;
                }
            }
            return end();
        }


        bool Erase(const K& key) {
            HashFunc hf;
            size_t index = hf(key) % _table.size();

            Node* cur = _table[index];
            Node* prev = nullptr;

            while (cur) {
                if (kot(cur->_data) == key) {
                    if (prev == nullptr) {
                        //头删
                        _table[index] = cur->_next;                       
                    }
                    else {
                        prev->_next = cur->_next;
                    }
                    delete cur;
                    --_n;
                    return true;
                }
                else {
                    prev = cur;
                    cur = cur->_next;
                }
            }
            return false;
        }

    private:
        vector<Node*> _table;
        size_t _n;
    };
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283

unordered_map模拟实现

#pragma once
#include"HastTable.h"
namespace ns_unordered_map_set{
	template<class K, class V>
	class unordered_map {
	public:
		struct MapKeyOfT {
			const K& operator()(const pair<K, V>& kv) {
				return kv.first;
			}
		};

		typedef typename OpenHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT>::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);
		}

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

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

		V& operator[](const K& key) {
			pair<iterator, bool> ret = _ht.Insert(make_pair(key, V()));
			return ret.first->second;
		}
	private:
		OpenHash::HashTable<K, pair<K, V>, MapKeyOfT> _ht;
	};
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44

unordered_set模拟实现

#pragma once
#include"HastTable.h"
namespace ns_unordered_map_set {
	template<class K>
	class unordered_set {
	public:
		struct SetKeyOfT {
			const K& operator()(const K& key) {
				return key;
			}
		};

		typedef typename OpenHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT>::iterator iterator;
		
		iterator begin() {
			return _ht.begin();
		}

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

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

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

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

	private:
		OpenHash::HashTable<K, K, SetKeyOfT> _ht;
	};
} 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/人工智能uu/article/detail/941257