Golang のマップの基礎となるデータ構造
導入
Golang プログラミング言語では、mapこれは重要で一般的に使用されるデータ構造です。これは、キーと値のペアを保存および取得するための便利な方法を提供します。golangこの記事では、基礎となるデータ構造を深く掘り下げてmap理解し、使用できるようにします。
map基本概念
map順序なしのコレクション型であり、キーと値のペアで構成されます。各キーは一意ですが、値は繰り返すことができます。mapハッシュ テーブルに基づいて実装されているため、ほとんどの操作でパフォーマンスが非常に効率的になります。
map基礎となる実装
ではgolang、map基礎となるデータ構造はハッシュ テーブルです。ハッシュ テーブルはバケット配列とハッシュ衝突リンク リストで構成されます。mapキーと値のペアを挿入すると、最初にキーのハッシュ値が計算され、次にキーと値のペアが対応するバケットに保存されます。
ハッシュ競合の解決
ハッシュ関数の制限により、異なるキーが同じハッシュ値を生成する場合があり、これをハッシュ衝突と呼びます。基礎となる実装ではmap、ハッシュの競合の問題を解決するためにリンク リストが使用されます。ハッシュの衝突が発生すると、新しいキーと値のペアがリンク リストの先頭に追加されます。
map読み取りおよび書き込み操作
map読み取りおよび書き込み操作は非常に効率的です。検索操作を実行するときは、最初にキーのハッシュ値が計算され、次にハッシュ値を通じて対応するバケットが検索されます。次に、バケットに対応するリンク リストで線形検索を実行して、対応するキーと値のペアを見つけます。
mapキーと値のペアを挿入すると、キーのハッシュ値も計算され、対応するバケットが見つかり、新しいキーと値のペアがリンク リストの先頭に挿入されます。
map性能特性
mapそのパフォーマンス特性は次のとおりです。
-
読み取り操作の時間計算量は O(1) で、これは定数時間です。 -
挿入および削除操作の時間計算量も O(1) です。 -
mapサイズは動的に変化し、必要に応じて自動的に拡大または縮小されます。
予防
使用するmap際には次のような注意点があります。
-
mapこれは順序付けされていません。つまり、走査の順序が挿入の順序と同じであるという保証はありません。 -
map的键必须是可比较的类型，例如int、string、float64等，而值则可以是任意类型。 -
当通过键来访问 map中的值时，如果该键不存在，map会返回值类型的零值。
源码解析
runtime/map.go
map的底层数据结构源码位于runtime/map.go文件中。在该文件中，定义了hmap结构体，它表示map的底层哈希表。
type hmap struct {
count int
flags uint8
B uint8
noverflow uint16
hash0 uint32
buckets unsafe.Pointer
oldbuckets unsafe.Pointer
nevacuate uintptr
extra *mapextra
}
哈希表的桶结构
哈希表的桶结构定义如下：
type bmap struct {
tophash [bucketCnt]uint8
keys [bucketCnt]keytype
values [bucketCnt]valuetype
}
其中，tophash数组存储了每个键值对的哈希值的低8位，用于快速定位桶中的键值对。keys数组和values数组分别存储了键和值的实际数据。
哈希冲突解决
在map的哈希表中，当多个键的哈希值相同时，会发生哈希冲突。为了解决哈希冲突，Golang采用了链地址法。每个桶的tophash数组中的元素存储了相同哈希值的键值对在链表中的位置。
数据访问和修改
在访问map的键值对时，首先会通过哈希函数计算键的哈希值，然后根据哈希值找到对应的桶。接着，在桶的链表中进行线性查找，找到目标键值对。
当向map中插入新的键值对时，会按照相同的过程计算哈希值，并将键值对插入到对应的桶中。
扩容和缩容
map的大小是动态变化的。当map中的键值对数量达到一定阈值时，会触发扩容操作。扩容操作会创建一个新的哈希表，并将原有的键值对重新分配到新的桶中。
相反，当键值对的数量减少时，也可能触发缩容操作。缩容操作会将键值对重新分配到更小的哈希表中。
写在最后
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