C++中用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map方法详解
更新时间：2026年05月05日 09:23:34 作者：进击的荆棘
这篇文章主要介绍了C++中用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map方法,封装通用哈希表底层,快速实现myunordered_set和myunordered_map,掌握STL无序容器核心设计,需要的朋友可以参考下
1.源码及框架分析
SGI-STL30版本源代码中没有unordered_map和unordered_set，SGI-STL30版本是C++11之前的STL版本，这两个容器是C++11之后才更新的。但是SGI-STL30实现了哈希表，只是容器的名字是hash_map和hash_set，它是作为非标准容器出现的，非标准是指非C++标准规定必须实现的，源代码在hash_map/hash_set/set_hash_map/stl_hash_set/stl_hashtable.h中
hash_map和hash_set的实现结构框架核心部分截取：
//stl_hash_set
template<class Value,class HashFcn=hash<Value>,
class EqualKey=equal_to<Value>,
class Alloc=alloc>
class hash_set{
private:
typedef hashtable<Value,Value,HashFcn,identity<Value>,
EqualKey,Alloc> ht;
ht rep;
public:
typedef typename ht::key_type key_type;
typedef typename ht::value_type value_type;
typedef typename ht::hasher hasher;
typedef typename ht::key_equal key_equal;
typedef typename ht::const_iterator iterator;
typedef typename ht::const_iterator const_iterator;
hasher hash_funct() const {return rep.hash_funct();}
key_equal key_eq() const {return rep.key_eq();}
};
//stl_hash_map
template<class Key,class T,class HashFcn=hash<Key>,
class EqualKey=equal_to<Key>,
class Alloc=alloc>
class hash_map{
private:
typedef hashtable<pair<const Key,T>,Key,HashFcn,
selectlst<pair<const Key,T>>,EqualKey,Alloc> ht;
ht rep;
public:
typedef typename ht::key_type key_type;
typedef T data_type;
typedef T mapped_type;
typedef typename ht::value_type value_type;
typedef typename ht::hasher hasher;
typedef typename ht::key_equal key_equal;
typedef typename ht::iterator iterator;
typedef typename ht::const_iterator const_iterator;
};
//stl_hashtable.h
template<class Value,class Key,class HashFcn,
class ExtractKey,class EqualKey,
class Alloc>
class hashtable{
public:
typedef Key key_type;
typedef Value value_type;
typedef HashFcn hasher;
typedef EqualKey key_equal;
private:
hasher hash;
key_equal equals;
ExtractKey get_key;
typedef __hashtable_node<Value> node;
vector<node*,Alloc> buckets;
size_type num_elements;
public:
typedef __hashtable_iterator<Value,Key,HashFcn,ExtractKey,EqualKey,
Alloc> itertor;
pair<iterator,bool> insert_unique(const value_type& obj);
const_iterator find(const key_type& key) const;
};
template<class Value>
struct __hashtable_node{
__hahstable_node* next;
Value val;
};●通过源码可以看到，结构上hash_map和hash_set跟map和set的完全类似，复用同一个hashtable实现key和key/value结构，hash_set传给hash_ table的是两个key，hash_map传给hash_table的是pair<const key,value>
●需要注意源码里面跟map/set源码类似，命名风格比较乱，这里比map和set还乱，hash_set模板参数居然用的Value命名，hash_map用的是Key和T命名。
2.模拟实现
2.1实现出复用哈希表的框架并支持insert
●unordered_map和unordered_set复用之前实现的哈希表。
●key参数用K，value参数用V，哈希表中数据类型，使用T。
●其次跟map和set相比而言unordered_map和unordered_set的模拟实现类结构更复杂一点，但是大框架和思路完全类似。一i那位HashTable实现了泛型不知道T参数到底是K，还是pair<K,V>，那么insert内部进行插入时要用K对象转换成整型取模和K比较相等，因为pair的value不参与计数取模，且默认支持的key和value一起比较相等，需要时的任何时候只需要比较K对象，所以在unordered_map和unordered_set层分别实现一个MapKeyOfT和SetKeyOfT的仿函数传给HashTable的KeyOfT，然后HashTable中通过KEyOfT仿函数取出T类型对象中的K对象，再转换成整型取模和K比较相等。
namespace Achieve{
template<class K,class Hash=HashFunc<K>>
class unordered_set{
struct SetKeyOfT{
const K& operator()(const K& kv){
return key;
}
};
public:
bool insert(const K& key){
return _ht.Insert(key);
}
private:
hash_buckte::HashTable<K,K,SetKeyOfT,Hash> _ht;
};
}
namespace Achieve{
template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>
class unordered_map{
struct MapKeyOfT{
const K& operator()(const pair<K,V>& kv){
return kv.first;
}
};
public:
bool insert(const pair<K,V>& kv){
return _ht.Insert(kv);
}
private:
hash_buckte::HashTable<K,pair<K,V>,MapKeyOfT,Hash> _ht;
};
}
inline unsigned long __stl_next_prime(unsigned long n){
//Note:assumes long is at least 32 bits
static const int __stl_num_primes=28;
static const unsigned long __stl_prime_list[__stl_num_primes]={
53, 97, 193, 389, 769,
1543, 3079, 6151, 12289, 24593,
49157, 98317, 196613, 393241, 786433,
1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843,
50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457,
1610612741, 3221225473, 4294967291
};
const unsigned long* first=__stl_prime_list;
const unsigned long* last=__stl_prime_list+__stl_num_primes;
const unsigned long* pos=lower_bound(first,last,n);
return pos==last?*(last-1):*pos;
}
namespace hash_buckte{
template<class T>
struct HashNode{
T _data;
HashNode<T>* _next;
HashNode(const T& data)
:_data(data)
,_next(nullptr)
{}
};
template<class K,class T,class KeyOfT,class Hash>
class HashTable{
typedef HashNode<T> Node;
public:
HashTable()
:_tables(__stl_next_prime(0))
,_n(0)
{}
~HashTable(){
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
Node* next=cur->_next;
delete cur;
cur=next;
}
_tables[i]=nullptr;
}
}
bool Insert(const T& data){
KeyOfT kot;
Hash hash;
Iterator it=Find(kot(data));
if(it!=End()) return false;
//当负载因子为1时，扩容
if(_n==_tables.size()){
//直接复用Insert，不好
/*HashTable<K,V> newht;
newht._tables.resize(_tables.size()*2);
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
newht.Insert(cur);
cur=cur->_next;
}
}
_tables.swap(newht);*/
vector<Node*> newTable(__stl_next_prime(_tables.size()+1));
//newht._tables.resize(_tables.size()*2);
//newht._tables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()+1));
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
Node* next=cur->_next;
size_t hash1=hash(kot(cur->_data))%newTable.size();
//头插
cur->_next=newTable[hash1];
newTable[hash1]=cur;
cur=next;
}
_tables[i]=nullptr;
}
_tables.swap(newTable);
}
//头插
size_t hash1=hash(kot(data))%_tables.size();
Node* newNode=new Node(data);
newNode->_next=_tables[hash1];
_tables[hash1]=newNode;
++_n;
return true;
}
private:
vector<Node*> _tables;
size_t _n;
};
}2.2支持iterator的实现
iterator核心源代码
template<class Value,class Key,class HashFcn,
class ExtractKey,class EqualKey,class Alloc>
struct __hashtable_iterator{
typedef hashtable<Value,Key,HashFcn,ExtractKey,EqualKey,Alloc>
hashtable;
typedef __hashtable_iterator<Value,Key,HashFcn,
ExtractKey,EqualKey,Alloc>
iterator;
typedef __hashtable_const_iterator<Value,Key,HashFcn,ExtraceKey,EqualKey,Alloc>
const_iterator;
typedef __hashtable_node<Value> node;
typedef forward_iterator_tag iterator_vategory;
typedef Value value_type;
node* cur;
hashtable* ht;
__hashtable_iterator(node* n,hashtable* tab): cur(n),ht(tab) {}
__hashtable_iterator() {}
reference operator*() const { return cur->val;}
#ifndef __SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR
pointer operator->() const {return &(operator*());}
#endif /*__SGI_STL_NO_ARROW_OPERATOR*/
iterator& operator++();
iterator operator++(int);
bool operator==(const iterator& it) const {return cur==it.cur;}
bool operator!=(const iterator& it) const {return cur!=it.cur;}
template<class V,class K,class HF,class ExK,class EqK,class A>
__hashtable_iterator<V,K,HF,ExK,EqK,A>&
__hashtable_iterator<V,K,HF,ExK,EqK,A>::operator++(){
const node* old=cur;
cur=cur->next;
if(!cur){
size_type bucket=ht->bkt_num(old->val);
while(!curL&&++bucket<ht->buckets.size())
cur=ht->buckets[bucket];
}
return *this;
}iterator实现思路分析
●iterator实现的大框架跟list的iterator思路是一致的，用一个类型封装节点的指针，再通过重载运算符实现，迭代器像指针一样访问的行为，要注意哈希表的迭代器是单向迭代器。
●难点是operator++的实现。iterator中有一个指向节点的指针，若当前桶下面还有节点，则节点的指针指向下一个节点即可。若当前桶走完了，则需要想办法计算找到下一个桶。这里的难点反而是结构设计的问题，上面的源码，我们可以看到iterator中除了有节点的指针，还有哈希桶对象的指针，这样当前桶走完了，要计算下一个桶就相对容易多了，用key值计算出当前桶位置，依次往后找下一个不为空的桶即可。
●begin（）返回第一个桶中的第一个节点指针构造的迭代器，这里end（）返回迭代器可以用空表示。
●unoedered_set的iterator也不支持修改，把unordered_set的第二个模板参数改成const K即可，HashTable<k,const K,SetKeyOfT,Hash> _ht;
●unordered_map的iterator不支持修改key但是可以修改value，把unordered_map的第二个模板参数pair的第一个参数改成const K即可，HashTable<K,pair<const K,V>,MapKeyOfT,Hash> _ht;
2.3map支持[]
●unordered_map要支持[]主要需要修改insert返回值支持，修改HashTable中的insert返回值为pair<Iterator,bool> Insert(const T& data)
2.4Achieve::unordered_map和Achieve::unordered_set代码实现
namespace Achieve{
template<class K,class Hash=HashFunc<K>>
class unordered_set{
struct KeyOfT{
const K& operator()(const K& key){
return key;
}
};
public:
typedef typename hash_buckte::HashTable<K,const K,KeyOfT,Hash>::Iterator iterator;
typedef typename hash_buckte::HashTable<K,const K,KeyOfT,Hash>::ConstIterator const_iterator;
iterator begin(){
return _ht.Begin();
}
iterator end(){
return _ht.End();
}
const_iterator begin() const{
return _ht.Begin();
}
const_iterator end() const{
return _ht.End();
}
pair<iterator,bool> insert(const K& key){
return _ht.Insert(key);
}
iterator Find(const K& key){
return _ht.Find(key);
}
bool erase(const K& key){
return _ht.Erase(key);
}
private:
hash_buckte::HashTable<K,const K,KeyOfT,Hash> _ht;
};
void print(const unordered_set<int>& s){
unordered_set<int>::const_iterator it=s.begin();
while(it!=s.end()){
cout<<*it<<" ";
++it;
}
cout<<endl;
for(auto e:s){
cout<<e<<' ';
}
cout<<endl;
}
void test_set(){
int a[]={3,11,86,88,1,881,5,6,7,6};
unordered_set<int> s;
for(auto e:a){
s.insert(e);
}
unordered_set<int>::iterator it=s.begin();
while(it!=s.end()){
cout<<*it<<" ";
++it;
}
cout<<endl;
for(auto e:s){
cout<<e<<' ';
}
cout<<endl;
print(s);
}
}
namespace Achieve{
template<class K,class V,class Hash=HashFunc<K>>
class unordered_map{
struct MapKeyOfT{
const K& operator()(const pair<K,V>& kv){
return kv.first;
}
};
public:
typedef typename hash_buckte::HashTable<K,pair<const K,V>,MapKeyOfT,Hash>::Iterator iterator;
typedef typename hash_buckte::HashTable<K,pair<const K,V>,MapKeyOfT,Hash>::ConstIterator const_iterator;
iterator begin(){
return _ht.Begin();
}
iterator end(){
return _ht.End();
}
const_iterator begin() const{
return _ht.Begin();
}
const_iterator end() const{
return _ht.End();
}
V& operator[](const K& key){
pair<iterator,bool> ret=insert({key,V()});
return ret.first->second;
}
pair<iterator,bool> insert(const pair<K,V>& kv){
return _ht.Insert(kv);
}
iterator Find(const K& key){
return _ht.Find(key);
}
bool erase(const K& key){
return _ht.Erase(key);
}
private:
hash_buckte::HashTable<K,pair<const K,V>,MapKeyOfT,Hash> _ht;
};
void test_map(){
unordered_map<string,string> dict;
dict.insert({"sort","排序"});
dict.insert({"字符串","string"});
dict.insert({"sort","排序"});
dict.insert({"left","左边"});
dict.insert({"right","右边"});
dict["left"]="左边、剩余";
dict["insert"]="插入";
dict["string"];
for(auto& kv:dict){
cout<<kv.first<<":"<<kv.second<<endl;
}
cout<<endl;
unordered_map<string,string>::iterator it=dict.begin();
while(it!=dict.end()){
it->second+='x';
cout<<it->first<<":"<<it->second<<endl;
++it;
}
cout<<endl;
}
}
template<class K>
struct HashFunc{
size_t operator()(const K& key){
return (size_t)key;
}
};
//特化
template<>
struct HashFunc<string>{
size_t operator()(const string& s){
//BKDR
size_t hash=0;
for(auto ch:s){
hash+=ch;
hash*=131;
}
return hash;
}
};
inline unsigned long __stl_next_prime(unsigned long n){
//Note:assumes long is at least 32 bits
static const int __stl_num_primes=28;
static const unsigned long __stl_prime_list[__stl_num_primes]={
53, 97, 193, 389, 769,
1543, 3079, 6151, 12289, 24593,
49157, 98317, 196613, 393241, 786433,
1572869, 3145739, 6291469, 12582917, 25165843,
50331653, 100663319, 201326611, 402653189, 805306457,
1610612741, 3221225473, 4294967291
};
const unsigned long* first=__stl_prime_list;
const unsigned long* last=__stl_prime_list+__stl_num_primes;
const unsigned long* pos=lower_bound(first,last,n);
return pos==last?*(last-1):*pos;
}
namespace hash_buckte{
template<class T>
struct HashNode{
T _data;
HashNode<T>* _next;
HashNode(const T& data)
:_data(data)
,_next(nullptr)
{}
};
//前置声明，防止HashIterator不认识HashTable
template<class K,class T,class KeyOfT,class Hash>
class HashTable;
template<class K,class T,class Ref,class Ptr,class KeyOfT,class Hash>
struct HTIterator{
typedef HashNode<T> Node;
typedef HashTable<K,T,KeyOfT,Hash> HT;
typedef HTIterator<K,T,Ref,Ptr,KeyOfT,Hash> Self;
Node* _node;
const HT* _ht;//取模时要用
HTIterator(Node* node,const HT* ht)
:_node(node)
,_ht(ht)
{}
Ref operator*(){
return _node->_data;
}
Ptr operator->(){
return &_node->_data;
}
bool operator!=(const Self& s){
return _node!=s._node;
}
Self& operator++(){
if(_node->_next){
_node=_node->_next;
}
else{
//找下一个不为空的桶
Hash hash;
KeyOfT kot;
size_t hash0=hash(kot(_node->_data))%_ht->_tables.size();
++hash0;
while(hash0<_ht->_tables.size()){
_node=_ht->_tables[hash0];
if(_node){
break;
}
else ++hash0;
}
//所有桶都走完了，end（）给的空的标识的_node
if(hash0==_ht->_tables.size()){
_node=nullptr;
}
}
return *this;
}
};
template<class K,class T,class KeyOfT,class Hash>
class HashTable{
//友元声明,为防止模板参数冲突，将参数改名
template<class K1,class T1,class Ref,class Ptr,class KeyOfT1,class Hash1>
friend struct HTIterator;
typedef HashNode<T> Node;
public:
typedef HTIterator<K,T,T&,T*,KeyOfT,Hash> Iterator;
typedef HTIterator<K,T,const T&,const T*,KeyOfT,Hash> ConstIterator;
HashTable()
:_tables(__stl_next_prime(0))
,_n(0)
{}
~HashTable(){
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
Node* next=cur->_next;
delete cur;
cur=next;
}
_tables[i]=nullptr;
}
}
Iterator Begin(){
if(_n==0){
return End();
}
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
if(cur) return Iterator(cur,this);;
}
return End();
}
Iterator End(){
return Iterator(nullptr,this);
}
ConstIterator Begin() const{
if(_n==0){
return End();
}
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
if(cur) return ConstIterator(cur,this);;
}
return End();
}
ConstIterator End() const{
return ConstIterator(nullptr,this);
}
pair<Iterator,bool> Insert(const T& data){
KeyOfT kot;
Hash hash;
Iterator it=Find(kot(data));
if(it!=End()) return {it,false};
//当负载因子为1时，扩容
if(_n==_tables.size()){
//直接复用Insert，不好
/*HashTable<K,V> newht;
newht._tables.resize(_tables.size()*2);
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
newht.Insert(cur);
cur=cur->_next;
}
}
_tables.swap(newht);*/
vector<Node*> newTable(__stl_next_prime(_tables.size()+1));
//newht._tables.resize(_tables.size()*2);
//newht._tables.resize(__stl_next_prime(_tables.size()+1));
for(int i=0;i<_tables.size();i++){
Node* cur=_tables[i];
while(cur){
Node* next=cur->_next;
size_t hash1=hash(kot(cur->_data))%newTable.size();
//头插
cur->_next=newTable[hash1];
newTable[hash1]=cur;
cur=next;
}
_tables[i]=nullptr;
}
_tables.swap(newTable);
}
//头插
size_t hash1=hash(kot(data))%_tables.size();
Node* newNode=new Node(data);
newNode->_next=_tables[hash1];
_tables[hash1]=newNode;
++_n;
return {Iterator(newNode,this),true};
}
Iterator Find(const K& key){
KeyOfT kot;
Hash hash;
size_t hash0=hash(key)%_tables.size();
Node* cur=_tables[hash0];
while(cur){
if(kot(cur->_data)==key)
return Iterator(cur,this);
cur=cur->_next;
}
return End();
}
bool Erase(const K& key){
KeyOfT kot;
Hash hash;
//没有这个值
if(!Find(key)) return false;
size_t hash0=hash(key)%_tables.size();
Node* cur=_tables[hash0];
Node* prev=nullptr;
while(cur){
if(kot(cur->_data)==key){
//删除的节点是链表的头
if(!prev){
_tables[hash0]=cur->_next;
}
else{
prev->_next=cur->_next;
}
delete cur;
--_n;
return true;
}
else{
prev=cur;
cur=cur->_next;
}
}
return false;
}
private:
vector<Node*> _tables;
size_t _n;
};
}以上就是C++中用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map方法详解的详细内容，更多关于C++封装myunordered_set和myunordered_map的资料请关注脚本之家其它相关文章！
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