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C語言的HashTable簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

 心不留意外塵 2016-05-18

http://blog.csdn.net/zmxiangde_88/article/details/8025541

2012

HashTable是在實(shí)際應(yīng)用中很重要的一個(gè)結(jié)構(gòu),下面討論一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn),雖然簡(jiǎn)單,但是該有的部分都還是有的。


一,訪問接口

創(chuàng)建一個(gè)hashtable.

hashtable hashtable_new(int size)  // size表示包含的接點(diǎn)個(gè)數(shù)。

存入key-value至hashtable中。

void hashtable_put(hashtable h,const char* key,void *val);

根據(jù)key從hashtable中取出value值。

void * hashtable_get(hashtable h,const char *key);

釋放hashtable。

void hashtable_free(hashtable h);

釋放單個(gè)hash 接點(diǎn)

void hashtable_delete_node(hashtable h, const char *key);

二,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

hash接點(diǎn)的結(jié)構(gòu):

typedef struct hashnode_struct{
      struct hashnode_struct *next;
      const char *key;
      void *val;
}*hashnode,_hashnode;
這個(gè)結(jié)構(gòu)還是很容易理解的,除了必須的key-value之外,包含一個(gè)用于沖突的鏈表結(jié)構(gòu)。


hashtable的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

typedef struct hashtable_struct{
     pool_t p;
     int size;
     int count;
     struct hashnode_struct *z;
}*hashtable,_hashtable;
對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)說明如下:

pool_t:內(nèi)存池結(jié)構(gòu)管理hashtable使用的內(nèi)存。結(jié)構(gòu)參考"

size:當(dāng)前hash的接點(diǎn)空間大小。

count:用于表示當(dāng)前接點(diǎn)空間中可用的hash接點(diǎn)個(gè)數(shù)。

z:用于在接點(diǎn)空間中存儲(chǔ)接點(diǎn)。

三,創(chuàng)建hashtable

代碼如下:

hashtable hashtable_new(int size)
{
    hashtable ht;
    pool_t p;

    p = _pool_new_heap(sizeof(_hashnode)*size + sizeof(_hashtable));
    ht= pool_malloc(p, sizeof(_hashtable));
    ht->size = size;
    ht->p = p;
    ht->z = pool_malloc(p, sizeof(_hashnode)*prime);
    return ht;
}
這個(gè)函數(shù)比較簡(jiǎn)單,先定義并初始化一個(gè)內(nèi)存池,大小根據(jù)size而定,所以在實(shí)際使用時(shí),我們的size應(yīng)該要分配的相對(duì)大點(diǎn),比較好。


四,存入key-value值

在這個(gè)操作之前,先要定義一個(gè)根據(jù)KEY值計(jì)算hashcode的函數(shù)。

static int hashcode(const char *s, int len)
{
    const unsigned char *name = (const unsigned char *)s;
    unsigned long h = 0, g;
    int i;

    for(i=0;i<len;i++)
    {
        h = (h << 4) + (unsigned long)(name[i]); //hash左移4位,當(dāng)前字符ASCII存入hash  
        if ((g = (h & 0xF0000000UL))!=0)     
            h ^= (g >> 24);
        h &= ~g;  //清空28-31位。 
    }

    return (int)h;
}
這個(gè)函數(shù)采用精典的ELF hash函數(shù)。

代碼如下:

void hashtable_put(hashtable h, const char *key, void *val)
{
    if(h == NULL || key == NULL) 
	return;

    int len = strlen(key);
    int index = hashcode(key,len);
    hashtable node;
    h->dirty++;

    if((node = hashtable_node_get(h, key,len, index)) != NULL)  //如果已經(jīng)存在,就替換成現(xiàn)在的值,因?yàn)楝F(xiàn)在的比較新。
    {
        n->key = key;
        n->val = val;
        return;
    }

    node = hashnode_node_new(h, index);  // 新建一個(gè)HASH NODE接點(diǎn)。
    node->key = key;
    node->val = val;
}
hashtable_node_get用于查找該KEY是否在HASH中已經(jīng)存在,實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單,如下:

static hashnode hashtable_node_get(hashtable h, const char *key, int len, int index)
{
    hashnode node;
    int i = index % h->size;
    for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next) // 在index值 [HASH值] 所對(duì)應(yīng)的HASH桶上遍歷尋找
        if(node->key != NULL && (strlen(node->key)==len) && (strncmp(key, node->key, len) == 0))
            return node;
    return NULL;
}
新建一個(gè)HASH NODE接點(diǎn)如下:

static hashnode hashnode_node_new(hashtable h, int index)
{
    hashnode node;
    int i = index % h->size;

    h->count++;

    for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next)
        if(node->key == NULL)   //這里的處理是:如果在HASH桶中存在某個(gè)值,KEY是空的,表明這個(gè)值已經(jīng)沒有用了,就用它來替換為現(xiàn)在準(zhǔn)備寫入的新接點(diǎn)。
            return node;

    node = pool_malloc(h->p, sizeof(_hashnode)); // 新建一個(gè)接點(diǎn)
    node->next = h->z[i].next;   // 加入到桶中,就是加到鏈表的第一個(gè)接點(diǎn)。
    h->z[i].next = node;
    return node;
}

五,從HASHTABLE中獲取接點(diǎn)

根據(jù)KEY從hashtable中獲取接點(diǎn),步驟是先根據(jù)KEY計(jì)算hash值,然后從hashtable中找到指定的接點(diǎn)或者接點(diǎn)鏈表。如下:

void *hashtable_get(hashtable h, const char *key)
{
    if(h == NULL || key == NULL) 
	return NULL;
    hashnode node;
    int len = strlen(key);
    if(h == NULL || key == NULL || len <= 0 || (node = hashtable_node_get(h, key, len, hashcode(key,len))) == NULL)
    {
        return NULL;
    }
    return node->val;
}
這個(gè)函數(shù)就很容易理解了。

六,釋放HASHTABLE

hashtable的釋放就比較簡(jiǎn)單了,因?yàn)槲覀兯械膬?nèi)存申請(qǐng)都在內(nèi)存池上完成的,就只需要釋放內(nèi)存池,如下:

void hashtable_free(hashtable h)
{
    if(h != NULL)
        pool_free(h->p);
}


七,釋放單個(gè)hash接點(diǎn)

代碼如下:

void hashtable_delete_node(hashtable h, const char *key)
{
    if(h == NULL || key == NULL) 
	return;
    hashnode node;
    int len = strlen(key);
    if(h == NULL || key == NULL || (node = hashtable_node_get(h, key, len, hashcode(key,len))) == NULL)  //沒有這個(gè)接點(diǎn)
        return;

    node->key = NULL;
    node->val = NULL;

    h->count--;
}


這個(gè)就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的HASHTABLE結(jié)構(gòu),當(dāng)然后還是有不足的,比如遍歷HASHTABLE,如果用數(shù)組的方式來遍歷,效率肯定很低,下面討論一種實(shí)現(xiàn)方案,用于遍歷hashtable.


八,hashtable的遍歷討論

 直接用數(shù)組,就是hashtable中的struct hashnode_struct數(shù)組是可以遍歷,但如果只包含一個(gè)接點(diǎn),也要遍歷所有的數(shù)組,如下遍歷:

void hashtable_traverse(hashtable h)
{
    int i;
    hashnode node;
    if(h == NULL)
        return;
    for(i = 0; i < h->prime; i++)
        for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next)
            if(node->key != NULL && node->val != NULL)
                XXXXXXXXXXXXXXXXX  // 這里是一些操作。
}

這樣效率很低,其實(shí)在接點(diǎn)中包含了next域,可以用這個(gè)來實(shí)現(xiàn)遍歷。

需要對(duì)前面hashtable數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做簡(jiǎn)單的改動(dòng),增加兩個(gè)域:

typedef struct hashtable_struct{
     pool_t p;
     int size;
     int count;
     struct hashnode_struct *z;
     int bucket;
     hashnode node;
}*hashtable,_hashtable;
就是增加了bucket和node兩個(gè)域,加這兩個(gè)域的思路是這樣的:

  1. node表示當(dāng)前遍歷的游標(biāo),在遍歷過程中,不斷的移動(dòng)這個(gè)接點(diǎn)所指向的接點(diǎn)。
  2. bucket是和node相關(guān)聯(lián)的,用于記錄當(dāng)前的node在哪個(gè)桶上。

首先建立連接,就是將所有的接點(diǎn)都連接起來,按照慣例,也采用XXX_iter_first函數(shù),先初始化,如下:

int hashtable_iter_first(hashtable h) {
    if(h == NULL) 
	return 0;
    h->bucket = -1;
    h->node = NULL;
    return hashtable_iter_next(h);
}
hashtable_iter_next用于獲取下一個(gè)接點(diǎn),如果這時(shí)游標(biāo)已經(jīng)確定,那下一個(gè)接點(diǎn)就會(huì)被很快的被確定,定義如下:
int xhash_iter_next(xht h) {
    if(h == NULL) return 0;
    while(h->node != NULL) {
        h->node = h->node->next;   // 移向下一個(gè)接點(diǎn),如果接點(diǎn)合法,返回成功
        if(h->node != NULL && h->node->key != NULL && h->node->val != NULL)
            return 1;
    }
    for(h->bucket++; h->bucket < h->prime; h->bucket++) {
        h->node = &h->z[h->bucket];

        while(h->node != NULL) {
            if(h->node->key != NULL && h->node->val != NULL)
                return 1;
            h->node = h->node->next;
        }
    }
    h->bucket = -1;  // 不存在下一個(gè)接點(diǎn)。
    h->node = NULL;
    return 0;
}
有了上面兩個(gè)方法之后,遍歷操作如下:

hashtable ht
if(hashtable_iter_first(ht))   //取第一個(gè)接點(diǎn)。 
do{
    // 此時(shí)可以處理ht->node,表示當(dāng)前的接點(diǎn)。
}while(hashtable_iter_next(ht));  //取下一個(gè)接點(diǎn)
這樣處理的話, 是不是高效多了。當(dāng)然在第一遍的時(shí)候,還是需要遍歷整個(gè)數(shù)組和數(shù)組下的桶中接點(diǎn)。不過這樣操作之后,在刪除一個(gè)結(jié)點(diǎn)的時(shí)候,就需要做一些操作。刪除一個(gè)接點(diǎn)時(shí),需要考慮當(dāng)前的h->node是不是當(dāng)前被刪除的接點(diǎn),如果是,就把h->node稱至下一個(gè)接點(diǎn)。就是刪除之后,要作如下處理,假如刪除了。

假如被刪除的接點(diǎn)為node,需要如下處理:

    if(h->node == n)
        hashtable_iter_next(h);
將h->node移動(dòng)到下一個(gè)接點(diǎn)。

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