hashmap+.docx
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hashmap+
c++hash_map详细介绍
为什么需要hash_map
用过map吧？
map提供一个很常用的功能，那就是提供key-value的存储和查找功能。
例如，我要记录一个人名和相应的存储，而且随时增加，要快速查找和修改：
岳不群－华山派掌门人，人称君子剑
张三丰－武当掌门人，太极拳创始人
东方不败－第一高手，葵花宝典
...
这些信息如果保存下来并不复杂，但是找起来比较麻烦。
例如我要找"张三丰"的信息，最傻的方法就是取得所有的记录，然后按照名字一个一个比较。
如果要速度快，就需要把这些记录按照字母顺序排列，然后按照二分法查找。
但是增加记录的时候同时需要保持记录有序，因此需要插入排序。
考虑到效率，这就需要用到二叉树。
讲下去会没完没了，如果你使用STL的map容器，你可以非常方便的实现这个功能，而不用关心其细节。
关于map的数据结构细节，感兴趣的朋友可以参看学习STLmap,STLset之数据结构基础。
看看map的实现:
#include
#include
usingnamespacestd;
...
mapnamemap;
//增加。
。
。
namemap["岳不群"]="华山派掌门人，人称君子剑";
namemap["张三丰"]="武当掌门人，太极拳创始人";
namemap["东方不败"]="第一高手，葵花宝典";
...
//查找。
。
if（namemap.find（"岳不群"）!
=namemap.end（））{
...
}
不觉得用起来很easy吗？
而且效率很高，100万条记录，最多也只要20次的pare的比较，就能找到你要找的记录;200万条记录事，也只要用21次的比较。
速度永远都满足不了现实的需求。
如果有100万条记录，我需要频繁进行搜索时，20次比较也会成为瓶颈，要是能降到一次或者两次比较是否有可能？
而且当记录数到200万的时候也是一次或者两次的比较，是否有可能？
而且还需要和map一样的方便使用。
答案是肯定的。
这时你需要has_map.虽然hash_map目前并没有纳入C++标准模板库中，但几乎每个版本的STL都提供了相应的实现。
而且应用十分广泛。
在正式使用hash_map之前，先看看hash_map的原理。
1数据结构：
hash_map原理
这是一节让你深入理解hash_map的介绍，如果你只是想囫囵吞枣，不想理解其原理，你倒是可以略过这一节，但我还是建议你看看，多了解一些没有坏处。
hash_map基于hashtable（哈希表）。
哈希表最大的优点，就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，几乎可以看成是常数时间；而代价仅仅是消耗比较多的内存。
然而在当前可利用内存越来越多的情况下，用空间换时间的做法是值得的。
另外，编码比较容易也是它的特点之一。
其基本原理是：
使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。
可以设计一个函数（哈希函数，也叫做散列函数），使得每个元素的关键字都与一个函数值（即数组下标，hash值）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元素；也可以简单的理解为，按照关键字为每一个元素“分类”，然后将这个元素存储在相应“类”所对应的地方，称为桶。
但是，不能够保证每个元素的关键字与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“冲突”，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“类”之中。
总的来说，“直接定址”与“解决冲突”是哈希表的两大特点。
hash_map，首先分配一大片内存，形成许多桶。
是利用hash函数，对key进行映射到不同区域（桶）进行保存。
其插入过程是：
1.得到key
2.通过hash函数得到hash值
3.得到桶号（一般都为hash值对桶数求模）
4.存放key和value在桶内。
其取值过程是:
1.得到key
2.通过hash函数得到hash值
3.得到桶号（一般都为hash值对桶数求模）
4.比较桶的内部元素是否与key相等，若都不相等，则没有找到。
5.取出相等的记录的value。
hash_map中直接地址用hash函数生成，解决冲突，用比较函数解决。
这里可以看出，如果每个桶内部只有一个元素，那么查找的时候只有一次比较。
当许多桶内没有值时，许多查询就会更快了（指查不到的时候）.
由此可见，要实现哈希表,和用户相关的是：
hash函数和比较函数。
这两个参数刚好是我们在使用hash_map时需要指定的参数。
2hash_map使用
2.1一个简单实例
不要着急如何把"岳不群"用hash_map表示，我们先看一个简单的例子：
随机给你一个ID号和ID号相应的信息，ID号的范围是1～2的31次方。
如何快速保存查找。
#include
#include
usingnamespacestd;
intmain（）{
hash_mapmymap;
mymap[9527]="唐伯虎点秋香";
mymap[1000000]="百万富翁的生活";
mymap[10000]="白领的工资底线";
...
if（mymap.find（10000）!
=mymap.end（））{
...
}
够简单，和map使用方法一样。
这时你或许会问？
hash函数和比较函数呢？
不是要指定么？
你说对了，但是在你没有指定hash函数和比较函数的时候，你会有一个缺省的函数，看看hash_map的声明，你会更加明白。
下面是SGISTL的声明：
template,
class_EqualKey=equal_to<_Key>,
class_Alloc=__STL_DEFAULT_ALLOCATOR（_Tp）>
classhash_map
{
...
}
也就是说，在上例中，有以下等同关系：
...
hash_mapmymap;
//等同于:
hash_map,equal_to>mymap;
Alloc我们就不要取关注太多了（希望深入了解Allocator的朋友可以参看标准库STL：
Allocator能做什么）
2.2hash_map的hash函数
hash到底是什么样子？
看看源码:
structhash{
size_toperator（）（int__x）const{return__x;}
};
原来是个函数对象。
在SGISTL中，提供了以下hash函数：
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
structhash
也就是说，如果你的key使用的是以上类型中的一种，你都可以使用缺省的hash函数。
当然你自己也可以定义自己的hash函数。
对于自定义变量，你只能如此，例如对于string，就必须自定义hash函数。
例如：
structstr_hash{
size_toperator（）（conststring&str）const
{
unsignedlong__h=0;
for（size_ti=0;i__h=5*__h+str[i];
returnsize_t（__h）;
}
};
//如果你希望利用系统定义的字符串hash函数，你可以这样写：
structstr_hash{
size_toperator（）（conststring&str）const
{
returnreturn__stl_hash_string（str.c_str（））;
}
};
在声明自己的哈希函数时要注意以下几点：
1.使用struct，然后重载operator（）.
2.返回是size_t
3.参数是你要hash的key的类型。
4.函数是const类型的。
如果这些比较难记，最简单的方法就是照猫画虎，找一个函数改改就是了。
现在可以对开头的"岳不群"进行哈希化了smile.直接替换成下面的声明即可：
mapnamemap;
//改为：
hash_mapnamemap;
其他用法都不用边。
当然不要忘了吧str_hash的声明以及头文件改为hash_map。
你或许会问：
比较函数呢？
别着急，这里就开始介绍hash_map中的比较函数。
2.3hash_map的比较函数
在map中的比较函数，需要提供less函数。
如果没有提供，缺省的也是less。
在hash_map中，要比较桶内的数据和key是否相等，因此需要的是是否等于的函数:
equal_to。
先看看equal_to的源码：
//本代码可以从SGISTL
//先看看binary_function函数声明，其实只是定义一些类型而已。
template
structbinary_function{
typedef_Arg1first_argument_type;
typedef_Arg2second_argument_type;
typedef_Resultresult_type;
};
//看看equal_to的定义：
template
structequal_to:
publicbinary_function<_Tp,_Tp,bool>
{
booloperator（）（const_Tp&__x,const_Tp&__y）const{return__x==__y;}
};
如果你使用一个自定义的数据类型，如structmystruct,或者constchar*的字符串，如何使用比较函数？
使用比较函数，有两种方法.第一种是：
重载==操作符，利用equal_to;看看下面的例子：
structmystruct{
intiID;
int len;
booloperator==（constmystruct&my）const{
return（iID==my.iID）&&（len==my.len）;
}
};
这样，就可以使用equal_to作为比较函数了。
另一种方法就是使用函数对象。
自定义一个比较函数体：
structcompare_str{
booloperator（）（constchar*p1,constchar*p2）const{
returnstrcmp（p1,p2）==0;
}
};
有了compare_str，就可以使用hash_map了。
typedefhash_map,compare_str>StrIntMap;
StrIntMapnamemap;
namemap["岳不群"]="华山派掌门人，人称君子剑";
namemap["张三丰"]="武当掌门人，太极拳创始人";
namemap["东方不败"]="第一高手，葵花宝典";
2.4hash_map函数
hash_map的函数和map的函数差不多。
具体函数的参数和解释，请参看：
STL编程手册：
Hash_map，这里主要介绍几个常用函数。
1.hash_map（size_typen）如果讲究效率，这个参数是必须要设置的。
n主要用来设置hash_map容器中hash桶的个数。
桶个数越多，hash函数发生冲突的概率就越小，重新申请内存的概率就越小。
n越大，效率越高，但是内存消耗也越大。
2.const_iteratorfind（constkey_type&k）const.用查找，输入为键值，返回为迭代器。
3.data_type&operator[]（constkey_type&k）.这是我最常用的一个函数。
因为其特别方便，可像使用数组一样使用。
不过需要注意的是，当你使用[key]操作符时，如果容器中没有key元素，这就相当于自动增加了一个key元素。
因此当你只是想知道容器中是否有key元素时，你可以使用find。
如果你希望插入该元素时，你可以直接使用[]操作符。
4.insert函数。
在容器中不包含key值时，insert函数和[]操作符的功能差不多。
但是当容器中元素越来越多，每个桶中的元素会增加，为了保证效率，hash_map会自动申请更大的内存，以生成更多的桶。
因此在insert以后，以前的iterator有可能是不可用的。
5.erase函数。
在insert的过程中，当每个桶的元素太多时，hash_map可能会自动扩充容器的内存。
但在sgistl中是erase并不自动回收内存。
因此你调用erase后，其他元素的iterator还是可用的。
3相关hash容器
hash容器除了hash_map之外，还有hash_set,hash_multimap,has_multiset,这些容器使用起来和set,multimap,multiset的区别与hash_map和map的区别一样，我想不需要我一一细说了吧。
4其他
这里列几个常见问题，应该对你理解和使用hash_map比较有帮助。
4.1hash_map和map的区别在哪里？
*构造函数。
hash_map需要hash函数，等于函数；map只需要比较函数（小于函数）.
*存储结构。
hash_map采用hash表存储，map一般采用红黑树（RBTree）实现。
因此其memory数据结构是不一样的。
4.2什么时候需要用hash_map，什么时候需要用map?
总体来说，hash_map查找速度会比map快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别;而map的查找速度是log（n）级别。
并不一定常数就比log（n）小，hash还有hash函数的耗时，明白了吧，如果你考虑效率，特别是在元素达到一定数量级时，考虑考虑hash_map。
但若你对内存使用特别严格，希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，hash_map可能会让你陷入尴尬，特别是当你的hash_map对象特别多时，你就更无法控制了，而且hash_map的构造速度较慢。
现在知道如何选择了吗？
权衡三个因素:
查找速度,数据量,内存使用。
这里还有个关于hash_map和map的小故事，看看:
4.3如何在hash_map中加入自己定义的类型?
你只要做两件事,定义hash函数，定义等于比较函数。
下面的代码是一个例子：
-bash-2.05b$catmy.cpp
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
//definetheclass
classClassA{
public:
ClassA（inta）:
c_a（a）{}
intgetvalue（）const{returnc_a;}
voidsetvalue（inta）{c_a;}
private:
intc_a;
};
//1definethehashfunction
structhash_A{
size_toperator（）（constclassClassA&A）const{
// return hash（classA.getvalue（））;
returnA.getvalue（）;
}
};
//2definetheequalfunction
structequal_A{
booloperator（）（constclassClassA&a1,constclassClassA&a2）const{
return a1.getvalue（）==a2.getvalue（）;
}
};
intmain（）
{
hash_maphmap;
ClassAa1（12）;
hmap[a1]="Iam12";
ClassAa2（198877）;
hmap[a2]="Iam198877";
cout<cout<return0;
}
-bash-2.05b$makemy
c++ -O-pipe-march=pentiumpro my.cpp -omy
-bash-2.05b$./my
Iam12
Iam198877
typedefmapKeyMap;
当你希望使用hash_map来替换的时候，只需要修改:
typedefhash_mapKeyMap;
其他的基本不变。
当然，你需要注意是否有Key类型的hash函数和比较函数。
4.5为什么hash_map不是标准的？
具体为什么不是标准的，我也不清楚，有个解释说在STL加入标准C++之时，hash_map系列当时还没有完全实现，以后应该会成为标准。
如果谁知道更合理的解释，也希望告诉我。
但我想表达的是，正是因为hash_map不是标准的，所以许多平台上安装了g++编译器，不一定有hash_map的实现。
我就遇到了这样的例子。
因此在使用这些非标准库的时候，一定要事先测试。
另外，如果考虑到平台移植，还是少用为佳。
4.6有学习使用hash_map的建议吗？
hash中文是哈希，也成为散列，听见别人说散列容器不要埋怨自己孤陋寡闻。
了解hash系列，你还可以看看这篇文章:
effectiveSTL25:
熟悉非标准散列容器,另外建议查看源代码。
如果还有问题，那么你可以在STL论坛上提问，会有高手回答你的。
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