Реализация хэш-карты в C++: функция хэширования для шаблонного типа данных
В последнее время я использую STL unordered_map, и хотя это, кажется, работает хорошо, я не совсем понимаю, как работает функция хэширования, учитывая, что тип данных задан в качестве параметра шаблона. В попытке понять эту структуру данных более подробно, я реализовал свой собственный маленький класс Hashmap в C++:
Интерфейс Hashmap:
#ifndef _HASHMAP_H_
#define _HASHMAP_H_
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <vector.h>
//Beginning of Hashmap class definition
template <class Key, class Value>
class Hashmap{
private:
int mappedElementCount;
public:
explicit Hashmap();
virtual ~Hashmap();
virtual void test();
virtual int hash(Key*);
int* getSize();
void putKVPair(Key*,Value*);
void clearMap();
//When we use these methods, we'll want a linear vector of keys and values to
//iterate over, so vector is good here
std::vector<Key>* getKeys();
std::vector<Value>* getValues();
}; //end hashmap class definition
#endif /*_HASHMAP_H_*/
Реализация Hashmap:
#include "Hashmap.h"
template<class Key,class Value> Hashmap<Key,Value>::Hashmap(){
mappedElementCount = 0;
}
template<class Key,class Value> Hashmap<Key,Value>::~Hashmap(){
printf("nDestroying the base Hashmap object!n");
}
template<class Key,class Value> void Hashmap<Key,Value>::test(){
printf("The size of our Key is %i and the size of our Value is
%in",sizeof(Key),sizeof(Value));
}
template<class Key,class Value> int Hashmap<Key,Value>::hash(Key* k_ptr){
unsigned int hashval;
/* we start our hash out at 0 */
hashval = 0;
//TODO: How do we generate a hash signature when we don't know what data type
//we're going to be working with?
return hashval % mappedElementCount;
}
template<class Key,class Value> std::vector<Key>* Hashmap<Key,Value>::getKeys(){
//TODO: prepare a vector initialized with all Key objects and return it here
return keys;
}
template<class Key,class Value> std::vector<Value>* Hashmap<Key,Value>::getValues(){
//TODO: prepare a vector initialized with all Value objects and return it here
return values;
}
template<class Key,class Value> int* Hashmap<Key,Value>::getSize(){
return &mappedElementCount;
}
template<class Key,class Value> void Hashmap<Key,Value>::putKVPair(Key* k, Value* v){
//TODO: implement hashing of the key object k to determine
//the address of the value object v
//first step, generate a hash from our key
int tempHash = hash(k);
//TODO: store the Value at an address given by or influenced by tempHash
//If all was successfully completed, increment the mapped records counter
mappedElementCount++;
}
template<class Key,class Value> void Hashmap<Key,Value>::clearMap(){
//TODO: implement a cascading chain of deallocation of stored objects within the
//hashmap
//MAYBE-- only if we create new objects rather than just mapping reference
//associations,
//which is really the goal here... In the latter case, just empty the Hashmap
//itself
}
Одним из возможных методов решения этой проблемы является использование Hashmap в качестве базового класса и обеспечьте производные классы, которые имеют известные типы ключевых данных, такие как следующая Stringmap:
Интерфейс Stringmap:
#ifndef _STRINGMAP_H_
#define _STRINGMAP_H_
#include "Hashmap.h"
template <class Value>
class Stringmap:public Hashmap<std::string,Value>{
private:
public:
//Con/de 'structors
explicit Stringmap();
~Stringmap();
//Here we know our Key will be of type std::string
//so we can generate our hash sig by char values
//Override hash from the base class
int hash(std::string*);
//override test from base class
void test();
};
#endif /*_STRINGMAP_H_ def*/
Реализация Stringmap:
#include "Stringmap.h"
template<class Value> Stringmap<Value>::Stringmap():Hashmap<std::string,Value>(){
}
template<class Value> Stringmap<Value>::~Stringmap(){
printf("nDestroying the derived stringmap object!n");
}
template<class Value> void Stringmap<Value>::test(){
printf("The size of our Value is %in",sizeof values[0]);
}
template<class Value> int Stringmap<Value>::hash(std::string* str_ptr){
unsigned int hashval;
/* we start our hash out at 0 */
hashval = 0;
/* for each character, we multiply the old hash by 31 and add the current
* character. Remember that shifting a number left is equivalent to
* multiplying it by 2 raised to the number of places shifted. So we
* are in effect multiplying hashval by 32 and then subtracting hashval.
* Why do we do this? Because shifting and subtraction are much more
* efficient operations than multiplication.
*/
for(int i=0;i<str_ptr->length();i++) {
hashval = (*(str_ptr))[i] + ((hashval << 5) - hashval);
}
/* we then return the hash value mod the hashmap size so that it will
* fit into the necessary range
*/
return hashval % (*(Hashmap<std::string,Value>::getSize()));
}
Таким образом, вопрос заключается в следующем: возможно ли создать хэш-сигнатуру, когда тип данных, подлежащих хэшу, в настоящее время неизвестен? Если да, то как? Глядя на документы std::hash, оказывается, что стандарт C++ просто определяет хэш-функцию для каждого примитивного типа данных, а также для T* (для любого типа T)... Чего не хватает это то, как это хеширование реализовано для данных примитивных типов данных и, более того, как оно реализовано для универсального T*. Наверное, я мог бы просто позвонить хэшу (ключу) и надеяться на лучшее, но было бы неплохо понять, что происходит за кулисами.
Спасибо, CCJ
2 ответа:
std::unorderd_map
принимает 2 явных параметра шаблона (Key
иValue
), а также имеет кучу скрытых параметров шаблона, из которых хэш-функция по умолчанию имеет значениеstd::hash<Key>
.Эта хеш-функция STL
std::hash<Key>
принимает значениеKey
и возвращает значениеstd::size_t
. Он уже специализирован для всех интегральных типов иstd::string
. Из этого справочного сайтаШаблон хэша определяет объект функции, реализующий хэш функция. Экземпляры этого объекта функции определяют оператор (), который:
- принимает один параметр типа Key.
- возвращает значение типа size_t, представляющее хэш-значение параметра.
- не создает исключений при вызове.
- для двух параметров k1 и k2, которые равны, std:: hash () (k1) = = std::hash () (k2).
- для двух различных параметров k1 и k2, которые не равны, вероятность того, что std:: hash () (k1) = = std:: hash () (k2) должна будьте очень маленькими, приближаясь 1.0 / std:: numeric_limits:: max ().
Шаблон хэша является одновременно копируемым и разрушаемым. То неупорядоченные ассоциативные контейнеры std:: unordered_set, std:: unordered_multiset, std:: unordered_map, std:: unordered_multimap используйте специализации шаблона std:: hash в качестве хэша по умолчанию функция.
Ссылка заканчивается этой цитатой:
** фактические хэш-функции зависят от реализации и не требуются для выполнения каких-либо других функций. критерии качества, за исключением указанных выше. **
Таким образом, вы можете посмотреть на реализацию своей системы, но это ничего не гарантирует для реализации других систем.
Есть шаблон
std::hash<T>
, который специализирован для различных типов, и который вы можете специализировать для своих собственных типов.По умолчанию
Таким образом,std::unordered_map<T>
просто делегирует хэшированиеstd::hash<T>
(или вы можете указать другую хэш-функцию в качестве аргумента шаблона).Не нужно вообще ничего знать о механике хеширования.
Что касается способа реализации
std::hash
, то он не указан. Тем не менее, я думаю, что разумно предположить, что любой приличный компилятор обеспечит качественная реализация. Нужно иметь в виду, чтоstd::hash<char*>
не хэширует строку C, он только хэширует значение указателя (был там :))