【STL和泛型编程】4. hashtable、unordered_set、unordered_map

1. hashtable

前置知识：【数据结构】3.跳表和散列 

基本原理：

• 将Key计算成一个数值，然后取余数得到它在表头中的位置
• table（篮子）里每个指针都指向一个链表（桶）来存储余数相同的值
• 如果桶内的元素个数比篮子个数还多，则将篮子的大小扩充
• 篮子是vector，数量是质数，初始为53，53扩充后为97

　　hashtable需要传入Value(Key+Data)，Key，计算哈希的方法，从Value中取出Key的方法，比较Key是否相等的方法，以及分配器来实例化

template <class Value, class Key, class HashFcn, class ExtractKey, class EqualKey, class Alloc=alloc>
class hashtable {
public:
    typedef HashFcn   hasher;
    typedef EqualKey  key_equal;
    typedef size_t    size_type;
private:
    hasher hash;
    key_equal equals;
    ExtractKey get_key;
    
    typedef __hashtable_node<Value> node;

    vector<node*, Alloc> bucket;
    size_type num_element;
public:
    size_type bucket_count() const {return bucket.size(); }
};

template <class Value>
struct __hashtable_node {
    __hashtable_node* next;
    Value val;
};

  　　hashtable的篮子使用vector数组实现，迭代器中有两个指针，*cur指向当前元素位置，*ht指向它在篮子中的位置，实现操作者视角的++操作

template <class Value, class Key, class HashFcn, class ExtractKey, class EqualKey, class Alloc>
struct __hashtable_iterator {
    //...
    node* cur;
    hashtable* ht;
    // ...
};

2. unordered_set / multi

　　第二个模板参数中，C++底层提供的哈希函数 hash<Key> 只适用于基本数据类型（包括 string 类型）；第三个模板参数中，仅支持可直接用 == 运算符做比较的数据类型

template < class Key,                      //容器中存储元素的类型
           class Hash = hash<Key>,        //确定元素存储位置所用的哈希函数
           class Pred = equal_to<Key>,    //判断各个元素是否相等所用的函数
           class Alloc = allocator<Key>   //指定分配器对象的类型
           > class unordered_set;

3. unordered_map / multi

　　Key是键值对中的键、T是键值对中的data，<Key, T>组成hashtable中的Value。接下来的模板参数与unordered_set中相同

template < class Key,                        //键值对中键的类型
           class T,                          //键值对中值的类型
           class Hash = hash<Key>,           //容器内部存储键值对所用的哈希函数
           class Pred = equal_to<Key>,       //判断各个键值对键相同的规则
           class Alloc = allocator< pair<const Key,T> >  // 指定分配器对象的类型
           > class unordered_map;

4. unordered_map 和 map 对比

• map / set ，底层实现是红黑树
  • + 自带排序的性质
  • + 查找的时间复杂度是O(logn)
  • - 每个节点都需要存储额外的信息
• unordered_map / unordered_set，底层是哈希表
  • + 哈希表通过Key计算查找非常快 理想情况下是O(1)
  • - 篮子数量>元素数量，每次扩充复制的时候比较耗时