用過(guò)map吧？map提供一個(gè)很常用的功能，那就是提供key-value的存儲(chǔ)和查找功能。例如，我要記錄一個(gè)人名和相應(yīng)的存儲(chǔ)，而且隨時(shí)增加，要快速查找和修改：

岳不群－華山派掌門(mén)人，人稱(chēng)君子劍
張三豐－武當(dāng)掌門(mén)人，太極拳創(chuàng)始人
東方不敗－第一高手，葵花寶典
...

這些信息如果保存下來(lái)并不復(fù)雜，但是找起來(lái)比較麻煩。例如我要找"張三豐"的信息，最傻的方法就是取得所有的記錄，然后按照名字一個(gè)一個(gè)比較。如果要速度 快，就需要把這些記錄按照字母順序排列，然后按照二分法查找。但是增加記錄的時(shí)候同時(shí)需要保持記錄有序，因此需要插入排序?？紤]到效率，這就需要用到二叉 樹(shù)。講下去會(huì)沒(méi)完沒(méi)了，如果你使用STL 的map容器，你可以非常方便的實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，而不用關(guān)心其細(xì)節(jié)。關(guān)于map的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，感興趣的朋友可以參看學(xué)習(xí)STL map, STL set之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?？纯磎ap的實(shí)現(xiàn):

#include <map>
#include <string>
using namespace std;
...
map<string, string> namemap;


//增加。。。
namemap["岳不群"]="華山派掌門(mén)人，人稱(chēng)君子劍";
namemap["張三豐"]="武當(dāng)掌門(mén)人，太極拳創(chuàng)始人";
namemap["東方不敗"]="第一高手，葵花寶典";
...

//查找。。

if(namemap.find("岳不群") != namemap.end()){
        ...
}

不覺(jué)得用起來(lái)很easy嗎？而且效率很高，100萬(wàn)條記錄，最多也只要20次的string.compare的比較，就能找到你要找的記錄;200萬(wàn)條記錄事，也只要用21次的比較。

速度永遠(yuǎn)都滿(mǎn)足不了現(xiàn)實(shí)的需求。如果有100萬(wàn)條記錄，我需要頻繁進(jìn)行搜索時(shí)，20次比較也會(huì)成為瓶頸，要是能降到一次或者兩次比較是否有可能？而且當(dāng)記錄數(shù)到200萬(wàn)的時(shí)候也是一次或者兩次的比較，是否有可能？而且還需要和map一樣的方便使用。

答案是肯定的。這時(shí)你需要has_map. 雖然hash_map目前并沒(méi)有納入C++ 標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)中，但幾乎每個(gè)版本的STL都提供了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。而且應(yīng)用十分廣泛。在正式使用hash_map之前，先看看hash_map的原理。

這是一節(jié)讓你深入理解hash_map的介紹，如果你只是想囫圇吞棗，不想理解其原理，你倒是可以略過(guò)這一節(jié)，但我還是建議你看看，多了解一些沒(méi)有壞處。

hash_map基于hash table（哈希表）。 哈希表最大的優(yōu)點(diǎn)，就是把數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查找消耗的時(shí)間大大降低，幾乎可以看成是常數(shù)時(shí)間；而代價(jià)僅僅是消耗比較多的內(nèi)存。然而在當(dāng)前可利用內(nèi)存越來(lái)越多的 情況下，用空間換時(shí)間的做法是值得的。另外，編碼比較容易也是它的特點(diǎn)之一。

其基本原理是：使用一個(gè)下標(biāo)范圍比較大的數(shù)組來(lái)存儲(chǔ)元素?？梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)（哈希函數(shù)，也叫做散列函數(shù)），使得每個(gè)元素的關(guān)鍵字都與一個(gè)函數(shù)值（即 數(shù)組下標(biāo)，hash值）相對(duì)應(yīng)，于是用這個(gè)數(shù)組單元來(lái)存儲(chǔ)這個(gè)元素；也可以簡(jiǎn)單的理解為，按照關(guān)鍵字為每一個(gè)元素“分類(lèi)”，然后將這個(gè)元素存儲(chǔ)在相應(yīng) “類(lèi)”所對(duì)應(yīng)的地方，稱(chēng)為桶。

但是，不能夠保證每個(gè)元素的關(guān)鍵字與函數(shù)值是一一對(duì)應(yīng)的，因此極有可能出現(xiàn)對(duì)于不同的元素，卻計(jì)算出了相同的函數(shù)值，這樣就產(chǎn)生了“沖突”，換句話(huà)說(shuō)，就是把不同的元素分在了相同的“類(lèi)”之中。 總的來(lái)說(shuō)，“直接定址”與“解決沖突”是哈希表的兩大特點(diǎn)。

hash_map，首先分配一大片內(nèi)存，形成許多桶。是利用hash函數(shù)，對(duì)key進(jìn)行映射到不同區(qū)域（桶）進(jìn)行保存。其插入過(guò)程是：

1. 得到key
2. 通過(guò)hash函數(shù)得到hash值
3. 得到桶號(hào)(一般都為hash值對(duì)桶數(shù)求模)
4. 存放key和value在桶內(nèi)。

其取值過(guò)程是:

1. 得到key
2. 通過(guò)hash函數(shù)得到hash值
3. 得到桶號(hào)(一般都為hash值對(duì)桶數(shù)求模)
4. 比較桶的內(nèi)部元素是否與key相等，若都不相等，則沒(méi)有找到。
5. 取出相等的記錄的value。

hash_map中直接地址用hash函數(shù)生成，解決沖突，用比較函數(shù)解決。這里可以看出，如果每個(gè)桶內(nèi)部只有一個(gè)元素，那么查找的時(shí)候只有一次比較。當(dāng)許多桶內(nèi)沒(méi)有值時(shí)，許多查詢(xún)就會(huì)更快了(指查不到的時(shí)候).

由此可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)哈希表, 和用戶(hù)相關(guān)的是：hash函數(shù)和比較函數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)剛好是我們?cè)谑褂胔ash_map時(shí)需要指定的參數(shù)。

2 hash_map 使用

2.1 一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例

#include <hash_map>
#include <string>
using namespace std;

int main(){
        hash_map<int, string> mymap;
        mymap[9527]="唐伯虎點(diǎn)秋香";
        mymap[1000000]="百萬(wàn)富翁的生活";
        mymap[10000]="白領(lǐng)的工資底線(xiàn)";
        ...
        if(mymap.find(10000) != mymap.end()){
                ...
        }

template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn = hash<_Key>,
class _EqualKey = equal_to<_Key>,

class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class hash_map
{
        ...
}

...
hash_map<int, string> mymap;

//等同于:
hash_map<int, string, hash<int>, equal_to<int> > mymap;

2.2 hash_map 的hash函數(shù)

struct hash<int> {
        size_t operator()(int __x) const { return __x; }
};

struct hash<char*>
struct hash<const char*>

struct hash<char> 
struct hash<unsigned char> 
struct hash<signed char>

struct hash<short>
struct hash<unsigned short> 
struct hash<int> 

struct hash<unsigned int>
struct hash<long> 
struct hash<unsigned long> 

struct str_hash{
        size_t operator()(const string& str) const
        {
                unsigned long __h = 0;
                for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)
                __h = 5*__h + str[i];
                return size_t(__h);
        }
};

//如果你希望利用系統(tǒng)定義的字符串hash函數(shù)，你可以這樣寫(xiě)：
struct str_hash{
        size_t operator()(const string& str) const
        {
                return return __stl_hash_string(str.c_str());
        }
};

1. 使用struct，然后重載operator().
2. 返回是size_t
3. 參數(shù)是你要hash的key的類(lèi)型。
4. 函數(shù)是const類(lèi)型的。

現(xiàn)在可以對(duì)開(kāi)頭的"岳不群"進(jìn)行哈?；? . 直接替換成下面的聲明即可：

map<string, string> namemap; 
//改為：
hash_map<string, string, str_hash> namemap;

你或許會(huì)問(wèn)：比較函數(shù)呢？別著急，這里就開(kāi)始介紹hash_map中的比較函數(shù)。

2.3 hash_map 的比較函數(shù)

//本代碼可以從SGI STL
//先看看binary_function 函數(shù)聲明，其實(shí)只是定義一些類(lèi)型而已。
template <class _Arg1, class _Arg2, class _Result>
struct binary_function {
        typedef _Arg1 first_argument_type;
        typedef _Arg2 second_argument_type;
        typedef _Result result_type;
};

//看看equal_to的定義：
template <class _Tp>
struct equal_to : public binary_function<_Tp,_Tp,bool>

{
        bool operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const { return __x == __y; }
};

struct mystruct{
        int iID;
        int  len;
        bool operator==(const mystruct & my) const{
                return (iID==my.iID) && (len==my.len) ;
        }
};  

struct compare_str{
        bool operator()(const char* p1, const char*p2) const{
                return strcmp(p1,p2)==0;
        }
};  

typedef hash_map<const char*, string, hash<const char*>, compare_str> StrIntMap;
StrIntMap namemap;
namemap["岳不群"]="華山派掌門(mén)人，人稱(chēng)君子劍";
namemap["張三豐"]="武當(dāng)掌門(mén)人，太極拳創(chuàng)始人";
namemap["東方不敗"]="第一高手，葵花寶典";

2.4 hash_map 函數(shù)

1. hash_map(size_type n) 如果講究效率，這個(gè)參數(shù)是必須要設(shè)置的。n 主要用來(lái)設(shè)置hash_map 容器中hash桶的個(gè)數(shù)。桶個(gè)數(shù)越多，hash函數(shù)發(fā)生沖突的概率就越小，重新申請(qǐng)內(nèi)存的概率就越小。n越大，效率越高，但是內(nèi)存消耗也越大。
2. const_iterator find(const key_type& k) const. 用查找，輸入為鍵值，返回為迭代器。
3. data_type& operator[](const key_type& k) . 這是我最常用的一個(gè)函數(shù)。因?yàn)槠涮貏e方便，可像使用數(shù)組一樣使用。不過(guò)需要注意的是，當(dāng)你使用[key ]操作符時(shí)，如果容器中沒(méi)有key元素，這就相當(dāng)于自動(dòng)增加了一個(gè)key元素。因此當(dāng)你只是想知道容器中是否有key元素時(shí)，你可以使用find。如果你 希望插入該元素時(shí)，你可以直接使用[]操作符。
4. insert 函數(shù)。在容器中不包含key值時(shí)，insert函數(shù)和[]操作符的功能差不多。但是當(dāng)容器中元素越來(lái)越多，每個(gè)桶中的元素會(huì)增加，為了保證效率， hash_map會(huì)自動(dòng)申請(qǐng)更大的內(nèi)存，以生成更多的桶。因此在insert以后，以前的iterator有可能是不可用的。
5. erase 函數(shù)。在insert的過(guò)程中，當(dāng)每個(gè)桶的元素太多時(shí)，hash_map可能會(huì)自動(dòng)擴(kuò)充容器的內(nèi)存。但在sgi stl中是erase并不自動(dòng)回收內(nèi)存。因此你調(diào)用erase后，其他元素的iterator還是可用的。

3 相關(guān)hash容器

4 其他

4.1 hash_map和map的區(qū)別在哪里？

• 構(gòu)造函數(shù)。hash_map需要hash函數(shù)，等于函數(shù)；map只需要比較函數(shù)(小于函數(shù)).
• 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。hash_map采用hash表存儲(chǔ)，map一般采用紅黑樹(shù)(RB Tree)實(shí)現(xiàn)。因此其memory數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是不一樣的。

4.2 什么時(shí)候需要用hash_map，什么時(shí)候需要用map?

現(xiàn)在知道如何選擇了嗎？權(quán)衡三個(gè)因素: 查找速度, 數(shù)據(jù)量, 內(nèi)存使用。

這里還有個(gè)關(guān)于hash_map和map的小故事，看看:http://dev.csdn.net/Develop/article/14/14019.shtm

4.3 如何在hash_map中加入自己定義的類(lèi)型?

-bash-2.05b$ cat my.cpp
#include <hash_map>
#include <string>
#include <iostream>

using namespace std;
//define the class
class ClassA{
        public:
        ClassA(int a):c_a(a){}
        int getvalue()const { return c_a;}
        void setvalue(int a){c_a;}
        private:
        int c_a;
};


//1 define the hash function
struct hash_A{
        size_t operator()(const class ClassA & A)const{
                //  return  hash<int>(classA.getvalue());

                return A.getvalue();
        }
};

//2 define the equal function
struct equal_A{
        bool operator()(const class ClassA & a1, const class ClassA & a2)const{
                return  a1.getvalue() == a2.getvalue();
        }
};


int main()
{
        hash_map<ClassA, string, hash_A, equal_A> hmap;
        ClassA a1(12);
        hmap[a1]="I am 12";
        ClassA a2(198877);
        hmap[a2]="I am 198877";
        
        cout<<hmap[a1]<<endl;
        cout<<hmap[a2]<<endl;
        return 0;
}
-bash-2.05b$ make my
c++  -O -pipe -march=pentiumpro  my.cpp  -o my
-bash-2.05b$ ./my
I am 12
I am 198877

4.4如何用hash_map替換程序中已有的map容器？

typedef map<Key, Value> KeyMap;

typedef hash_map<Key, Value> KeyMap;

4.5為什么hash_map不是標(biāo)準(zhǔn)的？

4.6 有學(xué)習(xí)使用hash_map的建議嗎？

5 參考文章:

1. 詳細(xì)解說(shuō) STL 排序(Sort)
2. 詳細(xì)解說(shuō) STL string
3. Effective STL 中文版
4. 論壇討論:STL論壇: 詳細(xì)解說(shuō)STL hash_map系列