哈希函数详解

原创

luteresa 2022-12-29 11:52:39 博主文章分类：LINUX ©著作权

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散列表（Hash table，也叫哈希表），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，存放记录的数组叫做散列表。

这是来自wiki的解释，为了透彻理解这个问题，我们举个简单的例子…

比如项羽要分封十八路诸侯，这十八路诸侯倒秦功劳、实力以及对项羽的忠诚度不一而足，如何分封、管制就是一个大问题。每个诸侯包括拥有兵力，封王地域等诸多信息，把这些信息全放进一个结构体，我们只要知道这个结构体地址，即可知道该王所有信息。我们声明一个有序数组king_value[n]，把每个封王(结构体指针)放在king_value []中占一项，那么项王只要拥有king_value [n]这个数组，就可以快速调用天下诸侯的所有信息。

问题就出现了，假如你要查找某个诸侯的资料，必须把这个数组遍历一遍，时间复杂度是O(n),明显的n越大，找到某个封王的时间就越长，是相当低效的。

为了加速查找，我们想到一个办法，把某封王通过一个关系转换，得到一个整数(即关键码值)，把该王信息保存在，以这个整数为下标的king_value[n]数组中，那么以后要查找任一个封王信息，只要把该王通过指定关系转换计算一下，就得到一个数组下标，很容易就得该王储存项，时间是固定的长度O(1)。这个转换关系就是哈希函数，这个数组就是哈希表。

那么现在的问题是，如何实现这个转换关系，我们看看Linux内核的哈希函数

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unsigned long hash_long(unsigned long val,unsigned int bits)
{
        unsigned long hash = val * 0x9e370001UL;
        return hash >> (32 - bits);
}

还有一个冲突问题，比如给英布用哈希函数得到整数10，就把king_value[10]就分给他了，那接着给刘季的哈希函数也得到10，怎么办呢，处理方法有开放地址法、再散列法、拉链法等。这里简单的放在11，若11已经有人占了，就给12，依次类推。

那么内核这个哈希函数是否可以达到关键字均衡存放呢，写个简单的程序来测试下内核这个哈希函数是否靠谱，

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

unsigned long hash_long(unsigned long val,unsigned int bits)
{

     unsigned long hash = val*0x9e370001UL;

     return hash >> (32-bits);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
     int i, j = atoi(argv[1]);

     for (i = 0; i <= 32767; i++) {
           if (hash_long(i, 11) == j)

                printf("pid-->%d\n", hash_long(i,11));
     }
     return 0;
}
主要功能是把0～32767的pid值转换为hash的索引

leon@PC:~/work$ ./a.out 10 |wc -l
17

leon @PC:~/work$ ./a.out 20 |wc -l
17

leon @PC:~/work$ ./a.out 23 |wc -l
15

leon @PC:~/work$ ./a.out 231 |wc -l
17

看看下标分配到0～2047出现的分布

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#!/bin/bash

declare -i i

i=0

for((i=0;i<2047;i++))

do

         ./a.out $i | wc -l |tr '\n' ' '

done
leon@PC:~/work$ ./pid.sh

18 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 14 17 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 14 15 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 16 15 14 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 17 15 14 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 16 14 15 15 16 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 14 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 15 17 17 17 18 15 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 18 16 15 15 15 15 16 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 18 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 18 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 16 15 15 15 15 16 18 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 15 18 17 17 17 15 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 14 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 16 15 15 14 16 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 14 15 17 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 14 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 15 14 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 17 14 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 18 15 15 15 15 16 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 18 16 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 15 17 17 18 17 15 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 18 17 16 15 15 15 15 16 17 17 17 16 15 15 15 15 17 18 17 17 15 15 15 15 15 17 17 17 17 15 15 15 15 16 18 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 14 17 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 14 15 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 16 15 14 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 16 17 17 17 17 15 14 15 15 17 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 14 15 15 16 17 17 17 17 16 15 15 15 16 17 17 17 17 14 15 15 15 16 17 17 17 17 15 15 15 15 17 17 17 17 16 15 15 15 15 17 17 17 18 15 15 15 15

基本是均匀分布的，并且哈希函数及其简洁，实现了快速访问，典型的以空间换时间例子，堪称完美(原理还没弄明白)，要是项王看过Linux内核，懂得这水平的哈希函数，或许就不会有乌江惨剧了喔。