std::hash

std::hash

由于C++11引入了哈希表数据结构std::unordered_map和std::unordered_set，所以对于基本类型也实现了标准的哈希函数std::hash，标准并没有规定具体的实现，只是提了几个要求：

• 不能拋出异常
• 对于相等的键必须产生相等的哈希值
• 对于不相等的键产生碰撞的可能性必须最小接近 size_t 最大值的倒数

FNV哈希算法

在msvc中就是用的FNV哈希算法作为std::hash的实现。

FNV哈希算法全名为Fowler-Noll-Vo算法，是以三位发明人Glenn Fowler，Landon Curt Noll，Phong Vo的名字来命名的，最早在1991年提出。FNV能快速hash大量数据并保持较小的冲突率，它的高度分散使它适用于hash一些非常相近的字符串。

FNV算法有三个版本：FNV-0（已废弃）、FNV-1和FNV-1a。

变量说明：

• hash值：一个n位的unsigned int型hash值
• offset_basis：初始的哈希值
• FNV_prime：FNV用于散列的质数
• octet_of_data：8位数据（即一个字节）

FNV_prime的取值:

• 32 bit FNV_prime = 2^24 + 2^8 + 0x93 = 16777619
• 64 bit FNV_prime = 2^40 + 2^8 + 0xb3 = 1099511628211
• 128 bit FNV_prime = 2^88 + 2^8 + 0x3b = 309485009821345068724781371
• 256 bit FNV_prime = 2^168 + 2^8 + 0x63 =374144419156711147060143317175368453031918731002211
• 512 bit FNV_prime = 2^344 + 2^8 + 0x57 = 35835915874844867368919076489095108449946327955754392558399825615420669938882575126094039892345713852759
• 1024 bit FNV_prime = 2^680 + 2^8 + 0x8d = 5016456510113118655434598811035278955030765345404790744303017523831112055108147451509157692220295382716162651878526895249385292291816524375083746691371804094271873160484737966720260389217684476157468082573

offset_basis的取值:

• 32 bit offset_basis = 2166136261
• 64 bit offset_basis = 14695981039346656037
• 128 bit offset_basis = 144066263297769815596495629667062367629
• 256 bit offset_basis = 100029257958052580907070968620625704837092796014241193945225284501741471925557
• 512 bit offset_basis = 9659303129496669498009435400716310466090418745672637896108374329434462657994582932197716438449813051892206539805784495328239340083876191928701583869517785
• 1024 bit offset_basis = 1419779506494762106872207064140321832088062279544193396087847491461758272325229673230371772215086409652120235554936562817466910857181476047101507614802975596980407732015769245856300321530495715015740364446036355050512711285966361610267868082893823963790439336411086884584107735010676915

算法描述

FNV-1描述：

hash = offset_basis
for each octet_of_data to be hashed
    hash = hash * FNV_prime
    hash = hash xor octet_of_data
return hash

FNV-1a描述：

hash = offset_basis
for each octet_of_data to be hashed
    hash = hash xor octet_of_data
    hash = hash * FNV_prime
return hash

FNV-1a和FNV-1的唯一区别就是xor和multiply的顺序不同，他们所采用的FNV_prime和offset_basis都相同，有人认为FNV-1a在进行小数据（小于4个字节）哈希时有更好的性能。

FNV-1a代码实现（C++）

using Byte = uint8_t;

constexpr uint64_t c_offsetBasis = 14695981039346656037;
constexpr uint64_t c_FNVPrime = 1099511628211;

uint64_t fnv1a(Byte* bs, size_t len) {
    uint64_t h = c_offsetBasis;
    for (size_t i = 0; i < len; ++i) {
        h = h ^ bs[i];
        h = h * c_FNVPrime;
    }
    return h;
}