条条大路通罗马，为什么你不随便选一条？
用过map 吧？map 提供一个很常用的功能，那就是提供key-value 的存储和查找功能。例如，我要记录一个人名和相应的存储，而且随时增加，要快速查找和修改：
岳不群－华山派掌门人，人称君子剑
张三丰－武当掌门人，太极拳创始人
东方不败－第一高手，葵花宝典
...
这些信息如果保存下来并不复杂，但是找起来比较麻烦。例如我要找" 张三丰" 的信息，最傻的方法就是 取得所有的记录，然后按照名字一个一个比较。如果要速度快，就需要把这些记录按照字母顺序排列，然后按照二分法查找。但是增加记录的时候同时需要保持记录 有序，因此需要插入排序。考虑到效率，这就需要用到二叉树。讲下去会没完没了，如果你使用STL 的map 容器，你可以非常方便的实现这个功能，而不用关心其细节。关于map 的数据结构细节，感兴趣的朋友可以参看学习STL map, STL set 之数据结构基础 。看看map 的实现:
#include <map>
#include <string>
usingnamespace std;
...
map<string, string> namemap;
// 增加。。。
namemap[" 岳不群 "]=" 华山派掌门人，人称君子剑 ";
namemap[" 张三丰 "]=" 武当掌门人，太极拳创始人 ";
namemap[" 东方不败 "]=" 第一高手，葵花宝典 ";
...
// 查找。。 if (namemap.find(" 岳不群 ") != namemap.end()){
...
}
不觉得用起来很easy 吗？而且效率很高，100 万条记录，最多也只要20 次的string.compare 的比较，就能找到你要找的记录;200 万条记录事，也只要用21 次的比较。
速度永远都满足不了现实的需求。如果有100 万条记录，我需要频繁进行搜索时，20 次比较也会成为瓶颈，要是能降到一次或者两次比较是否有可能？而且当记录数到200 万的时候也是一次或者两次的比较，是否有可能？而且还需要和map 一样的方便使用。
答案是肯定的。这时你需要has_map. 虽然hash_map 目前并没有纳入C++ 标准模板库中，但几乎每个版本的STL 都提供了相应的实现。而且应用十分广泛。在正式使用hash_map 之前，先看看hash_map 的原理。
这是一节让你深入理解hash_map 的介绍，如果你只是想囫囵吞枣，不想理解其原理，你倒是可以略过这一节，但我还是建议你看看，多了解一些没有坏处。
hash_map 基于hash table （哈希表）。 哈希表最大的优点，就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，几乎可以看成是常数时间；而代价仅仅是消耗比较多的内存。然而在当前可利用内存越来越多的 情况下，用空间换时间的做法是值得的。另外，编码比较容易也是它的特点之一。
其基本原理是：使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。可 以设计一个函数（哈希函数，也叫做散列函数），使得每个元素的关键字都与一个函数值（即数组下标，hash 值）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元 素；也可以简单的理解为，按照关键字为每一个元素“ 分类” ，然后将这个元素存储在相应“ 类” 所对应的地方，称为桶。
但是，不能够保证每个元素的关键字与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“ 冲突” ，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“ 类” 之中。 总的来说，“ 直接定址” 与“ 解决冲突” 是哈希表的两大特点。
hash_map ，首先分配一大片内存，形成许多桶。是利用hash 函数，对key 进行映射到不同区域（桶）进行保存。其插入过程是：
- 得到key
- 通过hash 函数得到hash 值
- 得到桶号( 一般都为hash 值对桶数求模)
- 存放key 和value 在桶内。
其取值过程是:
- 得到key
- 通过hash 函数得到hash 值
- 得到桶号( 一般都为hash 值对桶数求模)
- 比较桶的内部元素是否与key 相等，若都不相等，则没有找到。
- 取出相等的记录的value 。
hash_map 中直接地址用hash 函数生成，解决冲突，用比较函数解决。这里可以看出，如果每个桶内部只有一个元素，那么查找的时候只有一次比较。当许多桶内没有值时，许多查询就会更快了( 指查不到的时候).
由此可见，要实现哈希表, 和用户相关的是：hash 函数和比较函数。这两个参数刚好是我们在使用hash_map 时需要指定的参数。
不要着急如何把" 岳不群" 用hash_map 表示，我们先看一个简单的例子：随机给你一个ID 号和ID 号相应的信息，ID 号的范围是1 ～2 的31 次方。如何快速保存查找。
#include <hash_map>
#include <string>
usingnamespace std;
int main(){
hash_map<int , string> mymap;
mymap[9527]=" 唐伯虎点秋香 ";
mymap[1000000]=" 百万富翁的生活 ";
mymap[10000]=" 白领的工资底线 ";
...
if (mymap.find(10000) != mymap.end()){
...
}
够简单，和map 使用方法一样。这时你或许会问？hash 函数和比较函数呢？不是要指定么？你说对了，但是在你没有指定hash 函数和比较函数的时候，你会有一个缺省的函数，看看hash_map 的声明，你会更加明白。下面是SGI STL 的声明：
template <class _Key, class _Tp, class _HashFcn = hash<_Key>,
class _EqualKey = equal_to<_Key>,
class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) >
class hash_map
{
...
}
也就是说，在上例中，有以下等同关系：
...
hash_map<int , string> mymap;
// 等同于:
hash_map<int , string, hash<int >, equal_to<int > > mymap;
Alloc 我们就不要取关注太多了( 希望深入了解Allocator 的朋友可以参看标准库 STL ：Allocator 能做什么 )
hash< int> 到底是什么样子？看看源码:
struct hash<int > {
size_t operator ()(int __x) const { return __x; }
};
原来是个函数对象。在SGI STL 中，提供了以下hash 函数：
struct hash<char *>
struct hash<constchar *>
struct hash<char >
struct hash<unsignedchar >
struct hash<signedchar >
struct hash<short >
struct hash<unsignedshort >
struct hash<int >
struct hash<unsignedint >
struct hash<long >
struct hash<unsignedlong >
也就是说，如果你的key 使用的是以上类型中的一种，你都可以使用缺省的hash 函数。当然你自己也可以定义自己的hash 函数。对于自定义变量，你只能如此，例如对于string ，就必须自定义hash 函数。例如：
struct str_hash{
size_t operator ()(const string& str) const
{
unsignedlong __h = 0;
for (size_t i = 0 ; i < str.size() ; i ++)
__h = 5*__h + str[i];
return size_t(__h);
}
};
// 如果你希望利用系统定义的字符串hash 函数，你可以这样写： struct str_hash{
size_t operator ()(const string& str) const
{
returnreturn __stl_hash_string(str.c_str());
}
};
在声明自己的哈希函数时要注意以下几点：
- 使用struct ，然后重载operator().
- 返回是size_t
- 参数是你要hash 的key 的类型。
- 函数是const 类型的。
如果这些比较难记，最简单的方法就是照猫画虎，找一个函数改改就是了。
现在可以对开头的"
岳不群"
进行哈希化了
.
直接替换成下面的声明即可：
map<string, string> namemap;
// 改为：
hash_map<string, string, str_hash> namemap;
其他用法都不用边。当然不要忘了吧str_hash 的声明以及头文件改为hash_map 。
你或许会问：比较函数呢？别着急，这里就开始介绍hash_map 中的比较函数。
在 map 中的比较函数，需要提供less 函数。如果没有提供，缺省的也是less< Key> 。在hash_map 中，要比较桶内的数据和key 是否相等，因此需要的是是否等于的函数:equal_to< Key> 。先看看equal_to 的源码：
// 本代码可以从SGI STL// 先看看binary_function 函数声明，其实只是定义一些类型而已。 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 的定义： template <class _Tp>
struct equal_to : public binary_function<_Tp,_Tp,bool >
{
booloperator ()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const { return __x == __y; }
};
如果你使用一个自定义的数据类型，如struct mystruct, 或者const char* 的字符串，如何使用比较函数？使用比较函数，有两种方法. 第一种是：重载== 操作符，利用equal_to; 看看下面的例子：
struct mystruct{
int iID;
int len;
booloperator ==(const mystruct & my) const {
return (iID==my.iID) && (len==my.len) ;
}
};
这样，就可以使用equal_to< mystruct> 作为比较函数了。另一种方法就是使用函数对象。自定义一个比较函数体：
struct compare_str{
booloperator ()(constchar * p1, constchar *p2) const {
return strcmp(p1,p2)==0;
}
};
有了compare_str ，就可以使用hash_map 了。
typedef hash_map<constchar *, string, hash<constchar *>, compare_str> StrIntMap;
StrIntMap namemap;
namemap[" 岳不群 "]=" 华山派掌门人，人称君子剑 ";
namemap[" 张三丰 "]=" 武当掌门人，太极拳创始人 ";
namemap[" 东方不败 "]=" 第一高手，葵花宝典 ";
hash_map 的函数和map 的函数差不多。具体函数的参数和解释，请参看：STL 编程手册：Hash_map ，这里主要介绍几个常用函数。
- hash_map(size_type n) 如果讲究效率，这个参数是必须要设置的。n 主要用来设置hash_map 容器中hash 桶的个数。桶个数越多，hash 函数发生冲突的概率就越小，重新申请内存的概率就越小。n 越大，效率越高，但是内存消耗也越大。
- const_iterator find(const key_type& k) const. 用查找，输入为键值，返回为迭代器。
- data_type& operator[](const key_type& k) . 这是我最常用的一个函数。因为其特别方便，可像使用数组一样使用。不过需要注意的是，当你使用[key ] 操作符时，如果容器中没有key 元素，这就相当于自动增加了一个key 元素。因此当你只是想知道容器中是否有key 元素时，你可以使用find 。如果你 希望插入该元素时，你可以直接使用[] 操作符。
- insert 函数。在容器中不包含key 值时，insert 函数和[] 操作符的功能差不多。但是当容器中元素越来越多，每个桶中的元素会增加，为了保证效 率，hash_map 会自动申请更大的内存，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。
- erase 函数。在insert 的过程中，当每个桶的元素太多时，hash_map 可能会自动扩充容器的内存。但在sgi stl 中是erase 并不自动回收内存。因此你调用erase 后，其他元素的iterator 还是可用的。
hash 容器除了hash_map 之外，还有hash_set, hash_multimap, has_multiset, 这些容器使用起来和set, multimap, multiset 的区别与hash_map 和map 的区别一样，我想不需要我一一细说了吧。
这里列几个常见问题，应该对你理解和使用hash_map 比较有帮助。
- 构造函数。hash_map 需要hash 函数，等于函数；map 只需要比较函数( 小于函数).
- 存储结构。hash_map 采用hash 表存储，map 一般采用红黑树(RB Tree) 实现。因此其memory 数据结构是不一样的。
4.2 什么时候需要用hash_map ，什么时候需要用map?
总 体来说，hash_map 查找速度会比map 快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别; 而map 的查找速度是log(n) 级别。并不一定常数就比log(n) 小，hash 还有hash 函数的耗时，明白了吧，如果你考虑效率，特别是在元素达到一定数量级时，考虑考虑hash_map 。但若你对内存使用特别严格， 希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，hash_map 可能会让你陷入尴尬，特别是当你的hash_map 对象特别多时，你就更无法控制了，而且 hash_map 的构造速度较慢。
现在知道如何选择了吗？权衡三个因素: 查找速度, 数据量, 内存使用。
这里还有个关于hash_map 和map 的小故事，看看:http://dev.csdn.net/Develop/article/14/14019.shtm
你只要做两件事, 定义hash 函数，定义等于比较函数。下面的代码是一个例子：
-bash-2.05b$ cat my.cpp
#include <hash_map>
#include <string>
#include <iostream>
usingnamespace 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 ()(constclass ClassA & A)const {
// return hash<int>(classA.getvalue()); return A.getvalue();
}
};
//2 define the equal function struct equal_A{
booloperator ()(constclass ClassA & a1, constclass 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 替换程序中已有的map 容器？
这个很容易，但需要你有良好的编程风格。建议你尽量使用typedef 来定义你的类型：
typedef map<Key, Value> KeyMap;
当你希望使用hash_map 来替换的时候，只需要修改:
typedef hash_map<Key, Value> KeyMap;
其他的基本不变。当然，你需要注意是否有Key 类型的hash 函数和比较函数。
具 体为什么不是标准的，我也不清楚，有个解释说在STL 加入标准C++ 之时，hash_map 系列当时还没有完全实现，以后应该会成为标准。如果谁知道更合 理的解释，也希望告诉我。但我想表达的是，正是因为hash_map 不是标准的，所以许多平台上安装了g++ 编译器，不一定有hash_map 的实现。我 就遇到了这样的例子。因此在使用这些非标准库的时候，一定要事先测试。另外，如果考虑到平台移植，还是少用为佳。
hash 中文是哈希，也成为散列，听见别人说散列容器不要埋怨自己孤陋寡闻。了解hash 系列，你还可以看看这篇文章:effective STL 25: 熟悉非标准散列容器 , 另外建议查看源代码。如果还有问题，那么你可以在STL论坛 上提问，会有高手回答你的。
- Set MYTITLE = 详细解说STL hash_map 系列
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