C++(STL):33---hash_set、hash_map、hash_multiset、hash_multimap源码剖析

原创

游戏开发司机 2022-11-01 14:15:17 ©著作权

文章标签 #ifdef #include #endif 文章分类 运维

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这些关联容器底层都是使用hash table实现的.

一、hash_set

由于hash_set底层是以hash table实现的，因此hash_set只是简单的调用hash table的方法即可
与set的异同点：

hash_set与set都是用来快速查找元素的
但是set会对元素自动排序，而hash_set没有
hash_set和set的使用方法相同

在介绍hash table的hash functions的时候说过，hash table有一些无法处理的类型（除非用户自己书写hash function）。因此hash_set也无法自己处理

hash_set源码

//以下代码摘录于stl_hash_set.h
template <class _Value, class _HashFcn, class _EqualKey, class _Alloc>
class hash_set
{
// requirements:




__STL_CLASS_REQUIRES(_Value, _Assignable);
__STL_CLASS_UNARY_FUNCTION_CHECK(_HashFcn, size_t, _Value);
__STL_CLASS_BINARY_FUNCTION_CHECK(_EqualKey, bool, _Value, _Value);




private:
//indentity<>定义于<stl_function.h>中
typedef hashtable<_Value, _Value, _HashFcn, _Identity<_Value>,
_EqualKey, _Alloc> _Ht;
_Ht _M_ht; //底层以hash table实现




public:
typedef typename _Ht::key_type key_type;
typedef typename _Ht::value_type value_type;
typedef typename _Ht::hasher hasher;
typedef typename _Ht::key_equal key_equal;




typedef typename _Ht::size_type size_type;
typedef typename _Ht::difference_type difference_type;
typedef typename _Ht::const_pointer pointer;
typedef typename _Ht::const_pointer const_pointer;
typedef typename _Ht::const_reference reference;
typedef typename _Ht::const_reference const_reference;




typedef typename _Ht::const_iterator iterator;
typedef typename _Ht::const_iterator const_iterator;




typedef typename _Ht::allocator_type allocator_type;




hasher hash_funct() const { return _M_ht.hash_funct(); }
key_equal key_eq() const { return _M_ht.key_eq(); }
allocator_type get_allocator() const { return _M_ht.get_allocator(); }




public:
//缺省使用大小为100的表格，将被hash table调整为最接近且较大的质数
hash_set()
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type()) {}
explicit hash_set(size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type()) {}
hash_set(size_type __n, const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type()) {}
hash_set(size_type __n, const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a) {}




#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _InputIterator>
hash_set(_InputIterator __f, _InputIterator __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_set(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_set(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_set(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
#else




hash_set(const value_type* __f, const value_type* __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }




hash_set(const_iterator __f, const_iterator __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_set(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
#endif /*__STL_MEMBER_TEMPLATES */




public:
//所有操作几乎都有hash table的对应版本。传递调用即可
size_type size() const { return _M_ht.size(); }
size_type max_size() const { return _M_ht.max_size(); }
bool empty() const { return _M_ht.empty(); }
void swap(hash_set& __hs) { _M_ht.swap(__hs._M_ht); }




#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _Val, class _HF, class _EqK, class _Al>
friend bool operator== (const hash_set<_Val, _HF, _EqK, _Al>&,
const hash_set<_Val, _HF, _EqK, _Al>&);
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
friend bool __STD_QUALIFIER
operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const hash_set&, const hash_set&);
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */




iterator begin() const { return _M_ht.begin(); }
iterator end() const { return _M_ht.end(); }




public:
pair<iterator, bool> insert(const value_type& __obj)
{
pair<typename _Ht::iterator, bool> __p = _M_ht.insert_unique(__obj);
return pair<iterator,bool>(__p.first, __p.second);
}
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _InputIterator>
void insert(_InputIterator __f, _InputIterator __l)
{ _M_ht.insert_unique(__f,__l); }
#else
void insert(const value_type* __f, const value_type* __l) {
_M_ht.insert_unique(__f,__l);
}
void insert(const_iterator __f, const_iterator __l)
{_M_ht.insert_unique(__f, __l); }
#endif /*__STL_MEMBER_TEMPLATES */
pair<iterator, bool> insert_noresize(const value_type& __obj)
{
pair<typename _Ht::iterator, bool> __p =
_M_ht.insert_unique_noresize(__obj);
return pair<iterator, bool>(__p.first, __p.second);
}




iterator find(const key_type& __key) const { return _M_ht.find(__key); }




size_type count(const key_type& __key) const { return _M_ht.count(__key); }




pair<iterator, iterator> equal_range(const key_type& __key) const
{ return _M_ht.equal_range(__key); }




size_type erase(const key_type& __key) {return _M_ht.erase(__key); }
void erase(iterator __it) { _M_ht.erase(__it); }
void erase(iterator __f, iterator __l) { _M_ht.erase(__f, __l); }
void clear() { _M_ht.clear(); }




public:
void resize(size_type __hint) { _M_ht.resize(__hint); }
size_type bucket_count() const { return _M_ht.bucket_count(); }
size_type max_bucket_count() const { return _M_ht.max_bucket_count(); }
size_type elems_in_bucket(size_type __n) const
{ return _M_ht.elems_in_bucket(__n); }
};




template <class _Value, class _HashFcn, class _EqualKey, class _Alloc>
inline bool
operator==(const hash_set<_Value,_HashFcn,_EqualKey,_Alloc>& __hs1,
const hash_set<_Value,_HashFcn,_EqualKey,_Alloc>& __hs2)
{
return __hs1._M_ht == __hs2._M_ht;
}

hash_set使用演示案例

hash_set并不会对元素进行排序
下面演示在hash_set中存储字符串

#include <iostream>
#include <hash_set>
#include <string.h>
using namespace std;




struct eqstr
{
bool operator()(const char* s1, const char* s2)
{
return strcmp(s1, s2) == 0;
}
};




void loopup(const hash_set<const char*, hash<const char*>, eqstr>& Set,const char* word)
{
hash_set<const char*, hash<const char*>, eqstr>::const_iterator it
= Set.find(word);
std::cout << " " << word << ": "
<< (it != Set.end() ? "present" : "not present") << std::endl;
}




int main()
{
hash_set<const char*, hash<const char*>, eqstr> Set;
Set.insert("kiwi");
Set.insert("plum");
Set.insert("apple");
Set.insert("mango");
Set.insert("apricot");
Set.insert("banana");




loopup(Set, "mango");   //mango: present
loopup(Set, "apple");   //apple: present
loopup(Set, "durian");  //durian: not present




//ite1类型为hash_set<const char*, hash<const char*>, eqstr>::iterator
auto iter = Set.begin();
for (; iter != Set.end(); ++iter)
std::cout << *iter << ""; //banana plum mango apple kiwi apricot
std::cout << std::endl;
return 0;
}

下面演示在hash_set中存储int整型

int main()
{
hash_set<int> Set; //hash_set默认缺省为100。SGI内部采用质数193
Set.insert(3);  //实际大小为193
Set.insert(196);
Set.insert(1);
Set.insert(389);
Set.insert(194);
Set.insert(387);




//ite1类型为hash_set<const char*, hash<const char*>, eqstr>::iterator
auto iter = Set.begin();
for (; iter != Set.end(); ++iter)
std::cout << *iter << ""; //387 194 1 389 196 3
std::cout << std::endl;
return 0;
}

此时底层的hashtable构造如下：

二、hash_map

由于hash_map底层是以hash table实现的，因此hash_map只是简单的调用hash table的方法即可
与map的异同点：

hash_map与map都是用来快速查找元素的
但是map会对元素自动排序，而hash_map没有
hash_map和map的使用方法相同

在介绍hash table的hash functions的时候说过，hash table有一些无法处理的类型（除非用户自己书写hash function）。因此hash_map也无法自己处理

hash_map源码

//以下代码摘录于stl_hash_map.h
//以下的hash<>是个function object，定义于<stl_hash_fun.h>中
//例如：hash<int>::operator()(int x)const{return x;}
template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn, class _EqualKey,
class _Alloc>
class hash_map
{
// requirements:




__STL_CLASS_REQUIRES(_Key, _Assignable);
__STL_CLASS_REQUIRES(_Tp, _Assignable);
__STL_CLASS_UNARY_FUNCTION_CHECK(_HashFcn, size_t, _Key);
__STL_CLASS_BINARY_FUNCTION_CHECK(_EqualKey, bool, _Key, _Key);




private:
//以下使用的select1st<>定义在<stl_function.h>中
typedef hashtable<pair<const _Key,_Tp>,_Key,_HashFcn,
_Select1st<pair<const _Key,_Tp> >,_EqualKey,_Alloc> _Ht;
_Ht _M_ht;




public:
typedef typename _Ht::key_type key_type;
typedef _Tp data_type;
typedef _Tp mapped_type;
typedef typename _Ht::value_type value_type;
typedef typename _Ht::hasher hasher;
typedef typename _Ht::key_equal key_equal;




typedef typename _Ht::size_type size_type;
typedef typename _Ht::difference_type difference_type;
typedef typename _Ht::pointer pointer;
typedef typename _Ht::const_pointer const_pointer;
typedef typename _Ht::reference reference;
typedef typename _Ht::const_reference const_reference;




typedef typename _Ht::iterator iterator;
typedef typename _Ht::const_iterator const_iterator;




typedef typename _Ht::allocator_type allocator_type;




hasher hash_funct() const { return _M_ht.hash_funct(); }
key_equal key_eq() const { return _M_ht.key_eq(); }
allocator_type get_allocator() const { return _M_ht.get_allocator(); }




public:
//缺省使用大小为100的表格，将被hash table调整为最接近且较大的质数
hash_map() : _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type()) {}
explicit hash_map(size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type()) {}
hash_map(size_type __n, const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type()) {}
hash_map(size_type __n, const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a) {}




#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _InputIterator>
hash_map(_InputIterator __f, _InputIterator __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_map(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_map(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
template <class _InputIterator>
hash_map(_InputIterator __f, _InputIterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }




#else
hash_map(const value_type* __f, const value_type* __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const value_type* __f, const value_type* __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }




hash_map(const_iterator __f, const_iterator __l)
: _M_ht(100, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n)
: _M_ht(__n, hasher(), key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf)
: _M_ht(__n, __hf, key_equal(), allocator_type())
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
hash_map(const_iterator __f, const_iterator __l, size_type __n,
const hasher& __hf, const key_equal& __eql,
const allocator_type& __a = allocator_type())
: _M_ht(__n, __hf, __eql, __a)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
#endif /*__STL_MEMBER_TEMPLATES */




public:
//所有操作几乎都有hash table的对应版本。传递调用即可
size_type size() const { return _M_ht.size(); }
size_type max_size() const { return _M_ht.max_size(); }
bool empty() const { return _M_ht.empty(); }
void swap(hash_map& __hs) { _M_ht.swap(__hs._M_ht); }




#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _K1, class _T1, class _HF, class _EqK, class _Al>
friend bool operator== (const hash_map<_K1, _T1, _HF, _EqK, _Al>&,
const hash_map<_K1, _T1, _HF, _EqK, _Al>&);
#else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
friend bool __STD_QUALIFIER
operator== __STL_NULL_TMPL_ARGS (const hash_map&, const hash_map&);
#endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */








iterator begin() { return _M_ht.begin(); }
iterator end() { return _M_ht.end(); }
const_iterator begin() const { return _M_ht.begin(); }
const_iterator end() const { return _M_ht.end(); }




public:
pair<iterator,bool> insert(const value_type& __obj)
{ return _M_ht.insert_unique(__obj); }
#ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
template <class _InputIterator>
void insert(_InputIterator __f, _InputIterator __l)
{ _M_ht.insert_unique(__f,__l); }
#else
void insert(const value_type* __f, const value_type* __l) {
_M_ht.insert_unique(__f,__l);
}
void insert(const_iterator __f, const_iterator __l)
{ _M_ht.insert_unique(__f, __l); }
#endif /*__STL_MEMBER_TEMPLATES */
pair<iterator,bool> insert_noresize(const value_type& __obj)
{ return _M_ht.insert_unique_noresize(__obj); }




iterator find(const key_type& __key) { return _M_ht.find(__key); }
const_iterator find(const key_type& __key) const
{ return _M_ht.find(__key); }




_Tp& operator[](const key_type& __key) {
return _M_ht.find_or_insert(value_type(__key, _Tp())).second;
}




size_type count(const key_type& __key) const { return _M_ht.count(__key); }




pair<iterator, iterator> equal_range(const key_type& __key)
{ return _M_ht.equal_range(__key); }
pair<const_iterator, const_iterator>
equal_range(const key_type& __key) const
{ return _M_ht.equal_range(__key); }




size_type erase(const key_type& __key) {return _M_ht.erase(__key); }
void erase(iterator __it) { _M_ht.erase(__it); }
void erase(iterator __f, iterator __l) { _M_ht.erase(__f, __l); }
void clear() { _M_ht.clear(); }




void resize(size_type __hint) { _M_ht.resize(__hint); }
size_type bucket_count() const { return _M_ht.bucket_count(); }
size_type max_bucket_count() const { return _M_ht.max_bucket_count(); }
size_type elems_in_bucket(size_type __n) const
{ return _M_ht.elems_in_bucket(__n); }
};




template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn, class _EqlKey, class _Alloc>
inline bool
operator==(const hash_map<_Key,_Tp,_HashFcn,_EqlKey,_Alloc>& __hm1,
const hash_map<_Key,_Tp,_HashFcn,_EqlKey,_Alloc>& __hm2)
{
return __hm1._M_ht == __hm2._M_ht;
}

hash_map使用演示案例

#include <iostream>
#include <hash_map>
#include <string.h>
using namespace std;




struct eqstr
{
bool operator()(const char* s1, const char* s2)
{
return strcmp(s1, s2) == 0;
}
};




int main()
{
hash_map<const char*, int,hash<const char*>, eqstr> days;
days["january"] = 31;
days["february"] = 28;
days["march"] = 31;
days["april"] = 30;
days["may"] = 31;
days["june"] = 30;
days["july"] = 31;
days["august"] = 31;
days["september"] = 30;
days["october"] = 31;
days["november"] = 30;
days["december"] = 31;








std::cout << "september ->" << days["september"] << std::endl;//30
std::cout << "june ->" << days["june"] << std::endl;          //30
std::cout << "february ->" << days["february"] << std::endl;  //28
std::cout << "december ->" << days["december"] << std::endl;  //31








//ite1类型为hash_map<const char*, int,hash<const char*>, eqstr>::iterator
auto iter = days.begin();
for (; iter != days.end(); ++iter)
std::cout << iter->first << "";
//september june july may january february december
//march april november october august
std::cout << std::endl;
return 0;
}