C++. Сборник рецептов

 Alloc = alloc>; // Используемый распределитель памяти

hash_set<Key, // Тип ключа
 HashFun = hash<Key>, // Используемая хеш-функция
 EqualKey = equal_to<Key>, // Функция, используемая для
 // проверки равенства ключей
 Alloc = alloc>; // Используемый распределитель памяти

hash_map — это хеш-таблица, которая хранит значения как объекты pair<const Key, Data>. Это означает, что когда я буду далее описывать хеш-таблицы, «элементы» в таблице будут означать пары ключ/значение. hash_map не хранит ключи значение по отдельности (как и map). hash_set просто хранит ключ как значение.

Параметр шаблона HashFun — это функция, которая превращает объекты типа Key в значения, которые могут быть сохранены как size_t. Более подробно это описывается ниже. Параметр шаблона EqualKey — это функция, которая принимает два аргумента и, если они эквивалентны, возвращает true. В контейнерах hash_map и hash_set два ключа не могут быть равны, hash_multimap и hash_multiset могут содержать по нескольку одинаковых ключей. Как и в случае с другими контейнерами, Alloc — это используемый распределитель памяти.

Хеш-таблица содержит две части. В ней есть относительно большой вектор, где каждый индекс это «участок». Каждый из участков является на самом деле указателем на первый узел в относительно коротком одно- или двухсвязном списке (в STLPort — односвязном). Именно в этих списках и хранятся данные. Чтобы получить число участков в хеш-контейнере, используйте метод bucket_count. Рисунок 6.3 дает представление о том, как выглядит в памяти хеш-отображение.

Рис. 6.3. Хеш-таблица

Рассмотрим использование hash_set из примера 6.8. При вставке элемента контейнер вначале должен определить, к какому участку он относится. Это делается с помощью вызова хеш-функции контейнера, передачи в нее ключа (хеш-функция обсуждается немного позже) и вычисления остатка от деления значения на число участков. В результате получается индекс в векторе участков.

Если вы незнакомы с тем, что такое «хеширование», то это очень простая концепция. Если есть какое-то значение (скажем, массив типа char), то хеш-функция для него — это функция, которая принимает один аргумент и возвращает значение хеша типа size_t (т.е. число). В идеале требуется хеш-функция, которая генерирует уникальные значения хешей, но она не обязана это делать. Эта функция в математическом смысле неоднозначна: несколько строк типа string могут иметь одно и то же значение хеша. Далее я скажу, почему это не страшно.

STLPort включает в <hash_map> и <hash_set> такую хеш-функцию как шаблон функции. Однако эта функция не работает для любого объекта, так как невозможно создать общей хеш-функции, которая бы работала с любым вводом. Вместо этого имеется несколько специализированных встроенных типов, наиболее часто используемых для ключей в хеш-таблицах. Например, если требуется посмотреть, как выглядит значение хеша, хешируйте строку символов.

std::hash<const char*> hashFun;
std::cout << "\"Hashomatic\" хешируется как "
 << hashFun("Hashomatic") << '\n';

Вы увидите что-то похожее на следующее.

"Hashomatic" хешируется как 189555649

STLPort предоставляет специализации для следующих типов: char*, const char*, char, unsigned char, signed char, short, unsigned short, int, unsigned int, long и unsigned long. Кажется, что их очень много, но в целом это означает, что библиотека содержит встроенные хеш-функции, которые поддерживают символьные строки и числа. Если требуется хешировать что-то другое, то просто укажите собственную хеш-функцию.

При помещении элемента в хеш-таблицу она определяет, какому участку принадлежит элемент, используя оператор взятия остатка от деления и число участков, т.е. hashFun(key) % bucket_count. Это быстрый оператор, который указывает непосредственно на индекс в главном векторе, по которому начинается участок.

Хеш-контейнер можно использовать как обычный ассоциативный контейнер, используя для добавления элементов в, скажем, hash_map оператор operator[]. Разница заключается в том, что вы знаете, что вставка и поиск займут постоянное время, а не логарифмическое. Рассмотрим пример 6.9, который содержит простой класс, отображающий имена логинов на объекты Session. Он использует некоторые из возможностей хеш-контейнеров, описываемых в этом рецепте.

Пример 6.9. Простой менеджер сессий

#include <iostream>
#include <string>
#include <hash_map>

using namespace std;

class Session { /* ... */ };

// Облегчение читаемости с помощью typedef
typedef hash_map<string, Session*> SessionHashMap;

class SessionManager {
public:
 SessionManager : sessionMap_(500) {} // Инициализация хеш-таблицы
 // 500-ми участками

 ~SessionManager {
 for (SessionHashMap::iterator p = sessionMap_.begin;
 p != sessionMap_.end; ++p)
 delete (*p).second; // Удаление объекта Session
 }

 Session* addSession(const string& login) {
 Session* p = NULL;
 if (!(p = getSession(login))) {
 p = new Session;
 sessionMap_[login] = d; // Присвоение новой сессии с помощью
 } // operator[]
 return(p);
 }

 Session* getSession(const string& login) {
 return(sessionMap_[login]);
 }
 // ...

private:
 SessionHashMap sessionMap_;
};

Каждый ключ отображается на единственный участок, а в участке может храниться несколько ключей. Участок это обычно одно- или двухсвязный список.

По хеш-функциям и таблицам написано огромное количество книг. Если вы заинтересовались этим вопросом, поищите в Google «C++ hash function».

Смотри также

Рецепт 6.6.

6.8. Хранение объектов в упорядоченном виде