STL容器之map与hash_map

发布时间:2020-06-23 02:12:22 作者:小酱瓜
来源:网络 阅读:925

一、简介

就应用来说,map已经是STL标准库的成员,而hash_map暂时还未进入标准库,是扩展ext中的一个功能,但也是非常常用并且非常重要的库。


二、简单对比

首先,要说的是这两种数据结构的都提供了KEY-VALUE的存储和查找的功能。但是实现是不一样的,map是用的红黑树,查询时间复杂度为log(n)。而hash_map是用的哈希表,查询时间复杂度理论上可以是常数,但是消耗内存大,是一种以存储换时间的方法。

树查找,在总查找效率上比不上hash表,但是它很稳定,它的算法复杂度不会出现波动。在一次查找中,你可以断定它最坏的情况下其复杂度不会超过O(log2N)。而hash表就不一样,是O(1),还是O(N),或者在其之间,你并不能把握。


三、hash_map的使用

STL容器之map与hash_map

可见,如果定义完整的hash_map,需要提供<key类型,value类型,哈希函数,key相等判断函数,value类型内存分配器>等5个模板参数,由于后三个都有默认值,所以一般我们只需要提供前两个。


1> 定义__gnu_cxx::hash_map<string, int> myHashMap不会出错,然而一旦对myHashMap进行操作,就会出现编译错误“instantiated from here”,这是因为gnu版本的hash_map只实现了有限的几个hash模板函数(见第三个模板参数,这些函数在hash_fun.h中),而这些函数里包括hash<const char*>,但是不包括hash<std::string>的实例化。解决办法是定义哈希表前自己特化一个实例,这样编译器就知道调用这个函数了。

namespace __gnu_cxx
{
        template <>
        struct hash<string>
        {
                size_t operator()(const string &s) const
                { return __stl_hash_string(s.c_str()); }
        };
}


2> 第四个参数key相等判断函数的意义

int main()
{
        __gnu_cxx::hash_map<const char *, int> myHashMap;
        char name1[10] = "zhu";
        char name2[10] = "zhu";
        myHashMap[name1] = 1;
        __gnu_cxx::hash_map<const char *, int>::iterator it = myHashMap.find(name2);
        if (it == myHashMap.end())
                cout << "not find" << endl;
        return 0;
}

你会发现,虽然name1和name2都是zhu,但是插入了name1,用name2去查找时,还是查无结果。这是涉及到第四个模板参数,判断key相等,默认的是std::equal_to,而这个函数的定义是用operator==来进行判断的,指针的相等当然就是地址一样了,而name1和name2的地址显然不同。解决办法是用自己指定的函数模板替代默认的。

#include <cstring>
#include <iostream>
#include <ext/hash_map>
#include <backward/hash_fun.h>

using namespace std;

template <class _Tp>
struct my_equal_to : public binary_function<_Tp, _Tp, bool>
{
    bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const
    { return strcmp(__x, __y) == 0; }
};

int main()
{
        __gnu_cxx::hash_map<const char *, int, __gnu_cxx::hash<const char*>, my_equal_to<const char*> > myHashMap;
        char name1[10] = "zhu";
        char name2[10] = "zhu";
        myHashMap[name1] = 1;
        __gnu_cxx::hash_map<const char *, int, __gnu_cxx::hash<const char*>, my_equal_to<const char*> >::iterator it = myHashMap.find(name2);
        if (it == myHashMap.end())
                cout << "not find" << endl;
        else
                cout << it->second << endl;
        return 0;
}

用刚刚特化的hash_map<string, int>就是可以找到的,因为string重载了operator==操作符。

编译使用-Wno-deprecated选项,不然会有backward_warning.h头文件里的告警。


四、肤浅的对比测试(map,系统hash函数的hash_map及自写hash函数的hash_map)

[zhuhuifeng@localhost ~]$ cat /tmp/name.txt | wc -l
25848136
#从现有的游戏数据库里拉了561916个角色名(里面本来就有重复的),然后重复追加了几次,变成了
#2584万行的数据


1.系统hash函数的hash_map实现

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <ext/hash_map>

using namespace std;
//特化hash函数的string版本
namespace __gnu_cxx
{
        template <>
        struct hash<string>
        {
                size_t operator()(const string &s) const
                { return __stl_hash_string(s.c_str()); }
        };
}
//计算当前时间
void curTime()
{
        time_t aTime = time(NULL);
        struct tm * curtime = localtime(&aTime);
        char ctemp[20];
        strftime(ctemp, 20, "%Y-%m-%d %H:%M:%S" , curtime);
        cout<<ctemp<<endl;
}
int main()
{
        __gnu_cxx::hash_map<string, int> fileMap;
        string temp;        //存放每行的临时字符串
        int i = 0;          //统计总个数
        ifstream in;
        in.open("/tmp/name.txt", ifstream::in);
        if (!in)
        {
                cout << "open file failed" << endl;
                return 1;
        }
        curTime();        //从这里开始计时
        while (in >> temp)
        {
                if (fileMap.find(temp) == fileMap.end())
                {
                        ++i;
                        fileMap[temp] = i;
                }
        }
        curTime();        //计时结束
        cout << i << endl;
        in.close();
        return 0;
}
#编译
[zhuhuifeng@localhost ~]$ g++ -Wno-deprecated 3.cpp -o hashMap


2.自写hash函数的hash_map

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <ext/hash_map>

using namespace std;

struct strHash{
        size_t operator()(const string& str) const
        {
                unsigned long __h = 0;
                for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)
                         __h = 107*__h + str[i];
                return size_t(__h);
        }
};


void curTime()
{
        time_t aTime = time(NULL);
        struct tm * curtime = localtime(&aTime);
        char ctemp[20];
        strftime(ctemp, 20, "%Y-%m-%d %H:%M:%S" , curtime);
        cout<<ctemp<<endl;
}

int main()
{
        __gnu_cxx::hash_map<string, int, strHash> fileMap;
        string temp;
        int i = 0;
        ifstream in;
        in.open("/tmp/name.txt", ifstream::in);
        if (!in)
        {
                cout << "open file failed" << endl;
                return 1;
        }
        curTime();
        while (in >> temp)
        {
                if (fileMap.find(temp) == fileMap.end())
                {
                        ++i;
                        fileMap[temp] = i;
                }
        }
        curTime();
        cout << i << endl;
        in.close();
        return 0;
}
#编译
[zhuhuifeng@localhost ~]$ g++ -Wno-deprecated 4.cpp -o strhashMap


3.STL的map

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;

void curTime()
{
        time_t aTime = time(NULL);
        struct tm * curtime = localtime (&aTime);
        char ctemp[20];
        strftime(ctemp, 20, "%Y-%m-%d %H:%M:%S" , curtime);
        cout<<ctemp<<endl;
}


int main()
{
        map<string, int> fileMap;
        string temp;
        int i = 0;
        ifstream in;
        in.open("/tmp/name.txt", ifstream::in);
        if (!in)
        {
                cout << "open file failed" << endl;
                return 1;
        }
        curTime();
        while (in >> temp)
        {
                if (fileMap.find(temp) == fileMap.end())
                {
                        ++i;
                        fileMap[temp] = i;
                }
        }
        curTime();
        cout << i << endl;
        in.close();
        return 0;
}
#编译
[zhuhuifeng@localhost ~]$ g++ 2.cpp -o map


4.执行查看结果

[zhuhuifeng@localhost ~]$ ./hashMap       #7秒
2015-11-06 16:25:41
2015-11-06 16:25:48
459256
[zhuhuifeng@localhost ~]$ ./strhashMap    #8秒,和上面的相差无几
2015-11-06 16:25:50
2015-11-06 16:25:58
459256
[zhuhuifeng@localhost ~]$ ./map           #26秒
2015-11-06 16:26:02
2015-11-06 16:26:28
459256



五、总结

这个测试仅仅是个人娱乐,并没有什么实际价值。最后就是一句话,hash_map是基于hash_table实现的,而hash_table是把以双刃剑,用的好效率很高O(1),用的不好奔着O(N)就去了。


六、注意hash_map死循环

这个问题简单说来,就是gnu的实现是,内部有个_M_Cur指针指示当前位置A,每次计算operator++,都用当前位置的key调用hash函数计算下一个位置B,如果key传入hash_map以后,又在外部将其内容破坏,导致hash函数计算后的B位置在A位置之前,那么从B到达A以后,又会跳回B,形成B-A区间的死循环。

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <ext/hash_map>

using namespace std;
int main()
{
        __gnu_cxx::hash_map<char *, int> hashMap;
        char name[10] = "zhu";
        hashMap.insert(pair<char *, int>(name, 1));
        strncpy(name, "wang", 10);      //在外部改变了已经传入hash_map中的key,导致死循环
        for (__gnu_cxx::hash_map<char *, int>::iterator it = hashMap.begin(); it != hashMap.end(); ++it)
        {
                cout << it->first << "  " << it->second << endl;
        }
        return 0;
}


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