C++(STL源码)：31---关联式容器hash_set、hash_map、hash_multiset、hash_multimap源码剖析

其他 2020-02-17 11:16:52 阅读次数: 0

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;
}

三、hash_multiset

  • hash_multiset与hash_set使用起来相同，只是hash_multiset中允许键值重复

  • 在源码中，hash_multiset调用的是insert_equal()，而hash_set调用的是insert_unique()

四、hash_multimap

  • hash_multimap与hash_map使用起来相同，只是hash_multimap中允许键值重复

  • 在源码中，hash_multimap调用的是insert_equal()，而hash_map调用的是insert_unique()

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