C++STL之哈希表_c++ stl hash表

C++ STL中，哈希表对应的容器是 unordered_map（since C++ 11）。根据 C++ 11 标准的推荐，用 unordered_map 代替 hash_map。

哈希表

先来回顾一下数据结构中哈希表相关的知识。

哈希表是根据关键码值(key value)而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度，这个映射函数叫做散列函数。

哈希表的一个重要问题就是如何解决映射冲突的问题。常用的有两种：开放地址法 和 链地址法。

STL中，map 对应的数据结构是 红黑树。红黑树是一种近似于平衡的二叉查找树，里面的数据是有序的。在红黑树上做查找操作的时间复杂度为 O(logN)。而 unordered_map 对应 哈希表，哈希表的特点就是查找效率高，时间复杂度为常数级别 O(1)， 而额外空间复杂度则要高出许多。所以对于需要高效率查询的情况，使用 unordered_map 容器。而如果对内存大小比较敏感或者数据存储要求有序的话，则可以用 map 容器。

说明

• unordered_map 是一种关联容器，用于存储由关键值 (Key Value，以下称为Key 值) 和映射值 (Mapped Value，以下称为映射值) 组成的元素，并且允许根据其 Key 值快速检索各个元素。

• 在 unordered_map 容器中，Key 值通常用来唯一标识元素，映射值是与该 Key 值关联内容的对象。Key 值与映射值的类型可能不同。

• 在 unordered_map 内部，元素没有按照其 Key 值与映射值的任何顺序进行排序 ，而是根据它们的 Hash 值组织成桶，允许它们通过其 Key 值直接快速访问单个元素（通常具有常数等级的平均时间复杂度）。

• unordered_map 容器与 map 容器相比，通过 Key 值访问各个元素的速度更快，然而通过其元素子集进行范围迭代的效率通常较低。

• unordered_map 实现了直接访问操作符 (operator[])，它允许使用 Key 值作为输入参数，直接访问映射值。

• 容器中的迭代器至少是前向迭代器。

  容器属性

  关联性
  关联容器中的元素的参考地址指的是其 Key 值，而不是他们在容器中的绝对地址；
  无序性
  无序容器使用 Hash 表来组织元素，这些 Hash 表允许无序容器通过 Key 值快速访问元素；
  映射
  每个元素将一个 Key 值与映射值关联起来，Key 值用于标识其主要内容是映射值的元素；
  唯一关键值
  容器中不存在同时拥有相同 Key 值的两个元素；
  分配器感知

  map 容器使用分配器对象动态处理其存储需求。

常用函数

bucket

size_type bucket ( const key_type& k ) const;

定位元素所在的桶，返回 Key 值为输入参数 k 的元素的所在桶号。
桶是容器内部 Hash 表中的一个槽，槽中的元素根据 Key 值分配元素。桶号的编号从 0 到 (bucket_count - 1)。 桶中单个元素可以通过 unordered_map::begin 和 unordered_map::end 返回的范围迭代器进行访问。

count

size_type count ( const key_type& k ) const;

搜索容器中 Key 值为输入参数 k 的元素，并返回找到元素的数量。由于 unordered_map 容器不允许存在重复的 Key 值，这说明如果容器中存在具有该 Key 值的元素，则该函数返回 1，否则返回 0。

clear

清除 map 中所有元素；

erase

删除 map 中指定位置的元素；

insert

在 map 指定位置添加 pair 类型的元素；

find

获取 map 中元素的迭代器；

begin, end

map 的正向迭代器的起始位置与终点位置

例题

摘选自 Leetcode 问题 Two Sum：给出一个整数数组，返回两个数的下标值，令其和等于一个指定的目标值。

#include <unordered_map>
class Solution {
public:
    vector<int> twoSum(vector<int> &numbers, int target)
    {
        //Key is the number and value is its index in the vector.
        unordered_map<int, int> hash;
        vector<int> result;
        for (int i = 0; i < numbers.size(); i++) {
            int numberToFind = target - numbers[i];
 
            //if numberToFind is found in map, return them
            if (hash.find(numberToFind) != hash.end()) {
                result.push_back(hash[numberToFind]);
                result.push_back(i);            
                return result;
            }
 
            //number was not found. Put it in the map.
            hash[numbers[i]] = i;
        }
        return result;
    }
};

参考“大专栏”