[英]What is the default hash function used in C++ std::unordered_map?
我在用
unordered_map<string, int>
和
unordered_map<int, int>
每种情况下使用什么哈希函数,每种情况下发生碰撞的几率是多少? 我将分别在每种情况下插入唯一字符串和唯一 int 作为键。
我有兴趣了解字符串和 int 键及其碰撞统计信息的哈希函数算法。
使用函数对象std::hash<>
。
所有内置类型以及一些其他标准库类型(例如std::string
和std::thread
。 查看完整列表的链接。
对于要在std::unordered_map
使用的其他类型,您必须专门化std::hash<>
或创建自己的函数对象。
碰撞的机会完全取决于实现,但考虑到整数限制在定义的范围内这一事实,而字符串理论上是无限长的,我会说与字符串碰撞的机会要大得多。
至于在 GCC 中的实现,内置类型的特化只返回位模式。 以下是它们在bits/functional_hash.h
中的定义方式:
/// Partial specializations for pointer types.
template<typename _Tp>
struct hash<_Tp*> : public __hash_base<size_t, _Tp*>
{
size_t
operator()(_Tp* __p) const noexcept
{ return reinterpret_cast<size_t>(__p); }
};
// Explicit specializations for integer types.
#define _Cxx_hashtable_define_trivial_hash(_Tp) \
template<> \
struct hash<_Tp> : public __hash_base<size_t, _Tp> \
{ \
size_t \
operator()(_Tp __val) const noexcept \
{ return static_cast<size_t>(__val); } \
};
/// Explicit specialization for bool.
_Cxx_hashtable_define_trivial_hash(bool)
/// Explicit specialization for char.
_Cxx_hashtable_define_trivial_hash(char)
/// ...
std::string
的特化定义为:
#ifndef _GLIBCXX_COMPATIBILITY_CXX0X
/// std::hash specialization for string.
template<>
struct hash<string>
: public __hash_base<size_t, string>
{
size_t
operator()(const string& __s) const noexcept
{ return std::_Hash_impl::hash(__s.data(), __s.length()); }
};
一些进一步的搜索导致我们:
struct _Hash_impl
{
static size_t
hash(const void* __ptr, size_t __clength,
size_t __seed = static_cast<size_t>(0xc70f6907UL))
{ return _Hash_bytes(__ptr, __clength, __seed); }
...
};
...
// Hash function implementation for the nontrivial specialization.
// All of them are based on a primitive that hashes a pointer to a
// byte array. The actual hash algorithm is not guaranteed to stay
// the same from release to release -- it may be updated or tuned to
// improve hash quality or speed.
size_t
_Hash_bytes(const void* __ptr, size_t __len, size_t __seed);
_Hash_bytes
是来自libstdc++
的外部函数。 更多的搜索使我找到了这个文件,其中指出:
// This file defines Hash_bytes, a primitive used for defining hash
// functions. Based on public domain MurmurHashUnaligned2, by Austin
// Appleby. http://murmurhash.googlepages.com/
因此,GCC 用于字符串的默认散列算法是 MurmurHashUnaligned2。
尽管散列算法依赖于编译器,但我将在 GCC C++11 中展示它。 @Avidan Borisov 敏锐地发现用于字符串的 GCC 哈希算法是 Austin Appleby 的“MurmurHashUnaligned2”。 我做了一些搜索,并在 Github 上找到了 GCC 的镜像副本。 所以:
用于unordered_map
(哈希表模板)和unordered_set
(哈希集模板)的 GCC C++11 哈希函数如下所示。
代码:
// Implementation of Murmur hash for 32-bit size_t.
size_t _Hash_bytes(const void* ptr, size_t len, size_t seed)
{
const size_t m = 0x5bd1e995;
size_t hash = seed ^ len;
const char* buf = static_cast<const char*>(ptr);
// Mix 4 bytes at a time into the hash.
while (len >= 4)
{
size_t k = unaligned_load(buf);
k *= m;
k ^= k >> 24;
k *= m;
hash *= m;
hash ^= k;
buf += 4;
len -= 4;
}
// Handle the last few bytes of the input array.
switch (len)
{
case 3:
hash ^= static_cast<unsigned char>(buf[2]) << 16;
[[gnu::fallthrough]];
case 2:
hash ^= static_cast<unsigned char>(buf[1]) << 8;
[[gnu::fallthrough]];
case 1:
hash ^= static_cast<unsigned char>(buf[0]);
hash *= m;
};
// Do a few final mixes of the hash.
hash ^= hash >> 13;
hash *= m;
hash ^= hash >> 15;
return hash;
}
奥斯汀在他的自述文件中说:
SMHasher 套件还包括MurmurHash3 ,它是 MurmurHash 函数系列中的最新版本——新版本更快、更健壮,其变体可以在 x86 和 x64 平台上高效地生成 32 位和 128 位哈希值。
对于 MurmerHash3 的源代码,请参见此处:
最棒的是!? 它是公共领域的软件。 这是正确的! 文件的顶部状态:
// MurmurHash3 was written by Austin Appleby, and is placed in the public // domain. The author hereby disclaims copyright to this source code.
所以,如果你想在你的开源软件、个人项目或专有软件中使用 MurmerHash3,包括用 C 实现你自己的哈希表,那就去吧!
如果您想要构建和测试他的 MurmerHash3 代码的构建说明,我在这里写了一些: https : //github.com/ElectricRCAircraftGuy/smhasher/blob/add_build_instructions/build/README.md 。 希望我打开的这个 PR被接受,然后它们最终会出现在他的主要回购中。 但是,在那之前,请参阅我的 fork 中的构建说明。
djb2
和 K&R 散列函数的 2 个版本......(一个显然很糟糕,一个很好),请在此处查看我的另一个答案: string 的哈希函数。
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