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使用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map

news 来源：原创 2025/6/17 13:59:19

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使用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map
- 实现出复用哈希表框架，并支持insert
- 支持迭代器的实现
- const
- Key不能被修改
- unordered_map支持[ ]
- 结语

我们今天又见面啦，给生活加点impetus！！开启今天的编程之路！！

今天我们使用前面已经实现过的哈希表来实现myunordered_set和unordered_map
作者：٩( ‘ω’ )و260
我的专栏：C++进阶，C++初阶，数据结构初阶，题海探骊，c语言
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使用哈希表封装myunordered_set和myunordered_map

实现出复用哈希表框架，并支持insert

与map和set相比而言，unordered系列的实现更加复杂。
首先，unoedered_set是key类型，unordered_map是key，value类型，要实现一个底层实现两种数据结构，我们必须使用模版，这里我们传递三个参数，第一个是K，第二个是T，第三个是KeyOfT
三个模版的作用

第一个：传递K是为了find和erase接口，因为find和erase接口只能够使用key作为实参
第二个：代表哈希表中结点的存储类型
第三个：因为我们来寻找映射位置的时候需要取模，key一般可以直接取，但是pair必须需要取出其中的key

接下来我们来看代码：

template<class K>
class myunordered_set
{struct SetOfT{const K& operator(const K&key){return key;}}
public:private:HashTable<K,K,SetOfT> _tables;//底层结构是哈希桶
}
template<class K,class V>
class myunordered_map
{struct MapOfT{K& operator()(const pair<K,V>&kv){return kv.first;}}
private:HashTable<K,pair<K,V>,MapOfT> _tables;底层结构是哈希桶
}

因为存储的数值不确定，所以哈希结点也需要修改：

template<class T>
struct HashNode
{T _data;HashNode<K>*_next;HashNode(const T&data):_data(data),_next(nullptr){}
}

接下来我们来写insert函数，insert是重点，我们主要还写写的是伪代码。
Insert操作还是主题思路不变。
1：先求key映射的偏移位置（细节：key可能需要取，其次，可能需要转换成整形）这里会用到两层仿函数
2：不断头插
3：检查是否需要扩容（细节：定义的是哈希数组，而非一个哈希表，直接把结点给他拿下来就行）
4：注意返回值：我们直接模仿库中的insert函数返回pair<iterator,bool>类型（为什么我们实现这个insert函数重载？因为为了实现unordered_map支持operator[ ]做准备）
在这里插入图片描述
来看代码实现
注意：此时迭代器里面有两个成员变量，一个是_node，一个是哈希表，原因会在下面说.

pair<iterator,bool> Insert()(const T&data)
{KeyOfT kot;//取keyHash hs;//转整形，只有在取模的时候才用iterator it=Find(kot(data));if(it!=End()) return {it,false};//插入失败+去重if (_n == _tables.size()){//两种逻辑，优先第二种，第一种是拷贝结点，删除旧结点，第二种是直接把结点给拿下来//第一种:创建新的哈希表，第二种:创建新的数组//HashTable<K, V, Hash> newht(__stl_next_prime(_tables.size() + 1));//加1才能够继续取到更到的素数遍历旧表，将旧表的数据全部重新映射到新表//for (int i = 0;i < _tables.size();i++)//{//	Node* cur = _tables[i];//	while (cur)//	{//		newht.Insert(cur->_kv);//		cur = cur->_next;//	}//}//_tables.swap(newht._tables);//为什么第一种方法会重新再拷贝构造，因为复用的时候会调用new这个关键字vector<Node*> newtables(__stl_next_prime(_tables.size() + 1),nullptr);//数组初始化为n个nullptrfor (size_t i = 0;i < _tables.size();i++){Node* cur = _tables[i];while (cur){Node* next = cur->_next;//这里我们存储一下cur的下一个位置，因为当我们将cur下一个位置放下来的时候，_next被修改，所以需要提前记录一下//重新计算映射位置size_t hashi = hs(kot(cur->_data)) % newtables.size();cur->_next = newtables[hashi];newtables[hashi] = cur;cur = next;}//因为原来的旧链表的值已经被使用过了，所以我只直接将其置为nullptr_tables[i] = nullptr;}//底层是数组，例如vector或者string,调用库中的交换函数_tables.swap(newtables);}size_t hashi = hs(kot(data)) % _tables.size();Node* newnode = new Node(data);//这里不是new Node(kot(data));//pair类型结点里面存的是pair，不是key//优先选择头插进入链表，尾插需要向后遍历,头插分两种情况，映射位置为空或有数据,下面的代码两者都可以适用newnode->_next = _tables[hashi];_tables[hashi] = newnode;_n++;return {Iterator(newnode,this),true};
}

支持迭代器的实现

首先，因为哈希表中成员是一个单链表，所以我的的迭代器肯定是单向迭代器，即我们的迭代器只能支持++，不支持- -，同样也不支持随机访问。

迭代器的成员变量肯定是有一个_node。
当我们需要返回下一个位置的迭代器的时候，如果下一个位置不为空，那么迭代器中的指针直接向后走一步就可以了，如果下一个位置为空，就需要遍历到下一个不为空的位置的桶，返回桶的第一个位置即可。
此时我的cur都在遍历这个单链表了，我们根本找不到哈希表中下一个不为空的位置，那我们应该怎样找到下一个不为空的桶呢？我们必须传递一个哈希表过去！！
来看代码实现：
细节：这里我直接加上普通迭代器和const迭代器一起实现了，不然等下解释的太绕了
实现const迭代器的话，就会多2个模版参数，主要是返回值operator*和operator->。
而且，在迭代器内部有this指针，我们只用操作_node的指向即可

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;//成员变量HT*_pht;//成员变量Self& operator++(){if(_node->_next)//指向的下一个不为空{_node=_node->_next;}else{//下一个结点为空，需要向后找到不为空的桶KeyOfT kot;Hash hs;size_t hashi=hs(kot(_node->_data))%_pht->_tables.size();hashi++;//需要跳过当前桶while(hashi<_pht->_tables.size()){if(_pht->_tables[hashi]){_node=_pht->_tables[hashi];break;}++hashi;}if(hashi == _pht->_tables.size())//哈希表遍历遍历完了都还没有找到{_node=nullptr;}}return *this;}
}

接下来我再来实现迭代器中不重要的操作：
直接看代码即可：

Ref operator*()
{return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{return &_node->_data;//箭头会返回对应结点的指针，编译器为了优化，自己会再添加一个箭头，这个箭头就是*.操作的结合
}
bool operator==(const Self& s)
{return _node == s._node;
}
bool operator!=(const Self& s)
{return _node != s._node;
}

const

const迭代器中迭代器部分我们已经完成了，接下来我们来看HashTable的部分。
这里需要解释Begin()，begin肯定是返回桶中链表的第一个结点即可

因为比较简单，直接来看代码即可：

Iterator Begin()//返回第一个桶的第一个结点
{if (_n == 0)return End();//此时没有结点，Begin()就是End()for (size_t i = 0;i < _tables.size();i++){if (_tables[i])return Iterator(_tables[i] ,this);}return End();//语法逻辑上来说必须要加，不能用运行逻辑来概括语法逻辑，万一里面的程序出错，可能就没有返回值了
}Iterator End()
{return Iterator(nullptr, this);
}//错误积累：如果报错不能将initializer list转换成啥，大概率编译器是将{}识别成这个作用了，但是我的目的是多参数来进行隐式类型转换
Const_Iterator Begin() const//返回第一个桶的第一个结点
{if (_n == 0)return End();for (size_t i = 0;i < _tables.size();i++){if (_tables[i]) return Const_Iterator(_tables[i], this);}return End();
}Const_Iterator End()const
{return Const_Iterator(nullptr, this);
}

Key不能被修改

这个也比较简单，只要将第二个模版参数对应的K修改为const K即可，随后对应的typedef部分也需要修改一下。

unordered_map支持[ ]

因为前面已经实现过，直接来看代码：

V& operator[](const K& key)
{pair<iterator, bool> ret = Insert({key,V()});//直接复用上面的Insert，本质上还是调用的底层return ret.first->second;
}

结语

感谢大家阅读我的博客，不足之处欢迎指正，感谢大家的支持
逆水行舟，楫摧而志愈坚；破茧成蝶，翼湿而心更炽！！加油！
在这里插入图片描述

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实现出复用哈希表框架，并支持insert

支持迭代器的实现

const

Key不能被修改

unordered_map支持[ ]

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