在 C++ 中使用 HashMap 的最佳方法是什么？

Question

我知道 STL 有一個 HashMap API，但我找不到任何好的和詳盡的文檔以及關於此的好例子。

任何好的例子將不勝感激。

Answer 1

標准庫包括有序和無序映射（ std::map和std::unordered_map ）容器。 在有序映射中，元素按鍵排序，插入和訪問在O（log n）中 。 通常，標准庫內部使用紅黑樹作為有序映射。 但這只是一個實現細節。 在無序映射中，插入和訪問在O（1）中。 它只是哈希表的另一個名稱。

（有序） std::map的示例：

#include <map>
#include <iostream>
#include <cassert>

int main(int argc, char **argv)
{
  std::map<std::string, int> m;
  m["hello"] = 23;
  // check if key is present
  if (m.find("world") != m.end())
    std::cout << "map contains key world!\n";
  // retrieve
  std::cout << m["hello"] << '\n';
  std::map<std::string, int>::iterator i = m.find("hello");
  assert(i != m.end());
  std::cout << "Key: " << i->first << " Value: " << i->second << '\n';
  return 0;
}

輸出：

23
Key: hello Value: 23

如果您需要在容器中進行排序並且可以使用O（log n）運行時，那么只需使用std::map 。

否則，如果你真的需要一個哈希表（O（1）insert / access），請查看std::unordered_map ，它與std::map API類似（例如在上面的例子中你只需要搜索和替換使用unordered_map map ）。

unordered_map容器是隨C ++ 11標准版本引入的。 因此，根據您的編譯器，您必須啟用C ++ 11功能（例如，在使用GCC 4.8時，您必須將-std=c++11添加到CXXFLAGS）。

甚至在C ++ 11發行版GCC支持unordered_map - 在命名空間std::tr1 。 因此，對於舊的GCC編譯器，您可以嘗試使用它：

#include <tr1/unordered_map>

std::tr1::unordered_map<std::string, int> m;

它也是boost的一部分，即你可以使用相應的boost-header來獲得更好的可移植性。

Answer 2

hash_map是用於標准化目的的較舊的非標准化版本，稱為unordered_map （最初在TR1中，並且自C ++ 11以來包含在標准中）。 顧名思義，它與std::map的不同之處主要在於無序 - 例如，如果你遍歷從begin()到end()的映射，你可以按鍵¹順序獲取項目，但是如果你迭代通過從begin()到end()的unordered_map ，您可以獲得或多或少的任意順序的項目。

通常期望unordered_map具有恆定的復雜性。 也就是說，插入，查找等通常基本上花費固定的時間量，而不管表中有多少項。 std::map復雜性與存儲的項目數量呈對數關系 - 這意味着插入或檢索項目的時間會增長，但隨着地圖變大， 速度會變慢 。 例如，如果查找100萬個項目中的一個需要1微秒，那么您可以預期查找200萬個項目中的一個需要大約2微秒，400萬個項目中的一個項目需要3微秒，800萬個項目中的一個項目需要4微秒物品等

從實際的角度來看，這並非真正的整個故事。 本質上，簡單的哈希表具有固定的大小。 使其適應通用容器的可變大小要求有點不重要。 結果，（可能）增長表（例如，插入）的操作可能相對較慢（即，大多數相當快，但周期性地會慢得多）。 查找不能改變表的大小，通常要快得多。 因此，與插入次數相比，當您執行大量查找時，大多數基於散列的表往往處於最佳狀態。 對於插入大量數據的情況，然后遍歷表一次以檢索結果（例如，計算文件中唯一單詞的數量）， std::map可能同樣快，甚至可能甚至更快（但同樣，計算復雜性不同，因此也可以取決於文件中唯一字的數量）。

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^{1創建地圖時，順序由第三個模板參數定義，默認情況下為std::less<T> 。}

Answer 3

這是一個更完整，更靈活的示例，不會忽略生成編譯錯誤所必需的包含：

#include <iostream>
#include <unordered_map>

class Hashtable {
    std::unordered_map<const void *, const void *> htmap;

public:
    void put(const void *key, const void *value) {
            htmap[key] = value;
    }

    const void *get(const void *key) {
            return htmap[key];
    }

};

int main() {
    Hashtable ht;
    ht.put("Bob", "Dylan");
    int one = 1;
    ht.put("one", &one);
    std::cout << (char *)ht.get("Bob") << "; " << *(int *)ht.get("one");
}

對於鍵仍然沒有特別有用，除非它們被預定義為指針，因為匹配值不會做！ （但是，由於我通常使用字符串作為鍵，因此在鍵的聲明中將“string”替換為“const void *”應解決此問題。）

Answer 4

有證據表明std::unordered_map在GCC stdlibc ++ 6.4中使用了哈希映射

這在以下網址提到： https ： //stackoverflow.com/a/3578247/895245但是在下面的答案中： 在C ++中的std :: map里面有什么數據結構？ 我通過以下方式為GCC stdlibc ++ 6.4實現提供了進一步的證據：

• GDB步驟調試進入類
• 性能特征分析

以下是該答案中描述的性能特征圖的預覽：

如何使用unordered_map自定義類和哈希函數

這個答案指出： C ++ unordered_map使用自定義類類型作為鍵

摘錄：平等：

struct Key
{
  std::string first;
  std::string second;
  int         third;

  bool operator==(const Key &other) const
  { return (first == other.first
            && second == other.second
            && third == other.third);
  }
};

哈希函數：

namespace std {

  template <>
  struct hash<Key>
  {
    std::size_t operator()(const Key& k) const
    {
      using std::size_t;
      using std::hash;
      using std::string;

      // Compute individual hash values for first,
      // second and third and combine them using XOR
      // and bit shifting:

      return ((hash<string>()(k.first)
               ^ (hash<string>()(k.second) << 1)) >> 1)
               ^ (hash<int>()(k.third) << 1);
    }
  };

}

Answer 5

對於我們這些試圖弄清楚如何 hash 我們自己的類同時仍然使用標准模板的人來說，有一個簡單的解決方案：

1. 在您的 class 中，您需要定義一個相等運算符重載== 。 如果您不知道如何操作，GeeksforGeeks 有一個很棒的教程https://www.geeksforgeeks.org/operator-overloading-c/

2. 在標准命名空間下，聲明一個名為 hash 的模板結構，並將您的類名作為類型（見下文）。 我發現了一篇很棒的博文，其中還顯示了使用異或和位移計算哈希的示例，但這不在這個問題的 scope 范圍內，但它還包含有關如何使用 hash 函數以及https://prateekvjoshi.com/完成的詳細說明2014/06/05/使用-hash-function-in-c-for-user-defined-classes/

namespace std {

  template<>
  struct hash<my_type> {
    size_t operator()(const my_type& k) {
      // Do your hash function here
      ...
    }
  };

}

3. 因此，要使用新的 hash function 實現哈希表，您只需創建一個std::map或std::unordered_map就像您通常做的那樣並使用my_type作為鍵，標准庫將自動使用 hash function you之前（在第 2 步中）定義到 hash 您的密鑰。

#include <unordered_map>

int main() {
  std::unordered_map<my_type, other_type> my_map;
}