开地址哈希表（Hash Table）的接口定义与实现分析

开地址哈希函数的接口定义

基本的操作包括：初始化开地址哈希表、销毁开地址哈希表、插入元素、删除元素、查找元素、获取元素个数。

各种操作的定义如下：

ohtbl_init

---

 int ohtbl_init (OHTbl *htbl, int positions, int (*h1) (const void *key), int (*h2)(const void *key),

                     int (*match)(const void *key1, const void *key2), void (*destroy)(void *data));

返回值  如果哈希表初始化成功，返回0；否则返回-1 。

描述  初始化开地址哈希表htbl。在对哈希表进行其他操作之前，必须首先进行初始化。

参数positions 指定表中的槽位个数。函数指针h1，h2用来指定用户定义的辅助哈希函数以完成双散列过程。函数指针match指向一个用户定义的函数，此函数用于判断两个键是否匹配，它的使用方法与chtbl_init中的match类似。函数指针destroy通过调用ohtbl_destroy来释放动态分配的内存空间，同样它与ohtbl_init中参数的使用方法类似。如果哈希函数表中的数据不需要释放，那么destroy应该指向NULL。

复杂度  O(m)，m是哈希表中槽的个数。

 

ohtbl_destroy

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 void ohtbl_destroy (OHTbl *htbl ) ;

返回值  无 。

描述  销毁htbl指定的开地址哈希表。在调用ohtbl_destroy之后不再允许进行其他操作，除非再次初始化。

ohtbl_destroy会删除哈希表中的所有元素，并同时释放ohtbl_init中参数destroy不为NULL的成员所占用的内存空间。

复杂度  O(m)，m是哈希表中槽的个数。

 

ohtbl_insert

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 int ohtbl_insert (OHTbl *htbl,const void *data ) ;

返回值  如果插入元素成功，返回0；如果哈希表中已经包含此元素，返回1；否则，返回-1 。

描述  向htbl指定的开地址哈希表中插入一个元素。

新元素包含一个指向data的指针，因此只要元素仍然存在于哈希表中，此指针就一直有效。与data相关的空间将由函数的调用者来管理。

复杂度  O(1)。

 

ohtbl_remove

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 int ohtbl_remove (OHTbl *htbl,const void **data ) ;

返回值  如果删除元素成功，返回0；否则，返回-1 。

描述  从htbl指定的开地址哈希表中删除与data匹配的元素。

返回时，data指向已经删除元素中存储的数据。与data相关的内存空间将由函数调用者来管理。

复杂度  O(1)。

 

ohtbl_lookup

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 int ohtbl_lookup (const OHTbl *htbl,const void **data ) ;

返回值  如果在表中找到元素，返回0；否则，返回-1 。

描述  查找htbl指定的开地址哈希表中是否有与data匹配的元素。

如果找到，在函数返回时，data指向哈希表中相匹配元素的数据。

复杂度  O(1)。

 

ohtbl_size

---

 int ohtbl_size (const OHTbl *htbl ) ;

返回值  哈希表中元素的个数。

描述  获取哈希表中元素个数的宏。

复杂度  O(1)。

 

开地址哈希表的实现与分析

实现分为两个文件，一是开地址哈希表的头文件，一是抽象数据类型的实现文件。

示例1：开地址哈希表的头文件

/*ohtbl.h*/
#ifndef OHTBL_H 
#define OHTBL_H 

#include <stdlib.h>
/*定义开地址哈希表的数据结构*/
typedef struct OHTbl_
{
    int  positions;  /*1指明哈希表中分配的槽位数目*/
    void *vacated;   /*2指向一个特殊的地址空间，这个特殊的地址上曾经删除过一个元素*/
    
    int  (*h1)(const void *key);  /*3辅助哈希函数*/
    int  (*h2)(const void *key);  /*4辅助哈希函数*/
    int  (*match)(const void *key1,const void *key2);  /*5判断两个元素是否匹配*/
    void (*destroy)(void *data);  /*6销毁函数*/
    
    int  size;  /*7现有的元素数目*/
    void **table;  /*8存储元素的数组*/ 
} OHTbl;
/*函数原型声明*/
int ohtbl_init(OHTbl *htbl, int positions, int (*h1)(const void *key), int (*h2)(const void *key),
               int (*match)(const void *key1,const void *key2),void (*destroy)(void *data));

void ohtbl_destroy(OHTbl *htbl);

int ohtbl_insert(OHTbl *htbl, const void *data);

int ohtbl_remove(OHTbl *htbl, void **data);

int ohtbl_lookup(const OHTbl *htbl, void **data);

#define ohtbl_size(htbl)((htbl)->size)

#endif // OHTBL_H

 示例2：开地址哈希表抽象数据类型的实现

/*ohtbl.c*/
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "ohtbl.h"

/*为空出的元素预留一个特殊的内存地址*/
static char vacated;

/*ohtbl_init  初始化htbl指定的开地址哈希表*/
int ohtbl_init(OHTbl *htbl,int positions, int (*h1)(const void *key), int (*h2)(const void *key), 
               int (*match)(const void *key1, const void *key2),void (*destroy)(void *data))
{
    int i;
    /*为空分配空间*/
    if((htbl->table = (void **)malloc(positions * sizeof(void *))) == NULL)
    return -1;

    /*初始化每个槽位，把每个槽位的指针设置为NULL*/
    htbl->positions = positions;
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
        htbl->table[i] = NULL;

   /*将空出的成员设置为为此保留的特殊内存地址*/
    htbl->vacated = &vacated;
    
    /*封装4个函数*/
    htbl->h1 = h1;
    htbl->h2 = h2;
    htbl->match = match;
    htbl->destroy=destroy;
    
    /*初始化元素数量*/
    htbl->size = 0;
    
    return 0;
}

/*ohtbl_destroy  销毁htbl指定的开地址式哈希表*/
void ohtbl_destroy(OHTbl *htbl)
{
    int  i;
    
    if(htbl->destroy != NULL)
    {
        for(i=0; i < htbl->positions; i++)
        {
            if(htbl->table[i] != NULL && htbl->table[i] != htbl->vacated)
                htbl->destroy(htbl->table[i]);
        }
    }
    /*释放表空间*/
    free(htbl->table);
    
    /*清除数据结构*/
    memset(htbl,0,sizeof(OHTbl);
    
    return;
}

/*ohtbl_insert   向表中插入元素*/
int ohtbl_insert(OHTbl *htbl,const void *data)
{
    void  *temp;
    int   position,i;

    /*因为开地址哈希表有固定的大小，所以在插入之前必须保证有足够的空间放置元素*/
    if(htbl->size == htbl->positions)
        return -1;

    /*相同的键不允许重复插入表中，插入之前调用htbl_lookup检查是否有相同的元素*/
    temp = (void *)data;
    if(ohtbl_lookup(htbl,temp) == 0)
        return 1;

    /*满足以上条件，使用双散列法在表中寻找未被占用的槽*/
    for(i=0; i< htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(data) + (i*htbl->h2(data))) % htbl->positions;
        
        if(htbl->table[position]==NULL || htbl->table[position]==htbl->vacated)
        {
            /*将元素插入表中*/
            htbl->table[position] = (void *)data;
            htbl->size++;
            return 0;
        }
    }
    /*选用了错误的哈希函数*/
    return -1;
}  

/*ohtbl_remove  删除htbl指定表中与data相匹配的元素*/
int ohtbl_remove(OHTbl *htbl,void **data)
{
    int position,i;

    /*通过双散列定位到要删除元素的位置*/
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(*data) + (i * h2(*data))) % htbl->positions ; 
        
        if(htbl->table[position] == NULL)
        {
            /*没有找到匹配的数据*/
            return -1;
        }
        else if (htbl->table[position] == htbl->vacated)
        {
        /*查找到了突出的位置，继续搜索*/
            continue;
        }
        else if (htbl->match(htbl->table[position],*data))
        {
        /*将data指向正在删除的数据*/
        *data = htbl->table[position];
        /*将此槽位的地址放到vacated成员中*/
        htbl->[position] = htbl->vacated;
        htbl->size--;
        return 0;
        }
    }
/*如果没有找到元素，则返回-1*/
    return -1;
}

/*ohtbl_lookup  查找htbl指定的表中，与data相匹配的元素*/
int ohtbl_lookup(const OHTbl *htbl,void **data)
{
    int position,i;
    
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(*data) + (i * htbl->h2(*data)))% htbl->positions;

        if(htbl->table[position] == NULL)
        {
        /*没有找到数据*/
            retun -1;
        }
        else if(htbl->match(htbl->table[position],*data))
        {
        /*将data指向找到的数据*/
            *data = htbl->table[position];
            return 0;
        }
    }
return -1;
}