hashtable初步——一文初探哈希表

在<<STL源码剖析>>中，vector封装了数组的数据结构，list封装了链表的结构，而set和map封装了二叉树的数据结构。那么hashtable，具有怎么的作用呢，其本质又是什么呢？本质就是查找表，既然是查找表，其查找效率自然就是O(1).下面来看看hashtable究竟是什么？

上述对hashtable的描述，表明了这样的观点：hashtable的引入其实就是相当于是一种字典，也就是查找表。当然了在内存空间十分富足的条件下，我们可以有多少元素，分配多大的内存空间，构成一一映射。但是这是不现实的，通常我们 分配的内存空间大小远小于元素个数。

可见我们可以通过hash函数来产生映射关系，这种函数叫做散列函数，那么这种条件下，必然会带来，有些元素被映射到了相同的内存空间，而这个就叫做哈希冲突或者哈希碰撞，如下图表述：

也就是说，只要分配空间小于元素数量，碰撞问题是无法避免的，但是我们可以采用有效策略来提高检索效率，使得存在很多元素时候，这些元素在内存中的分布尽量均衡（减少有些内存单元无元素，有些内存单元元素很多这种不平衡情况）。在STL中，采用的策略是开拉链法（想想拉链的形状，这是很想形象的表述），来领教一下开拉链法

我们来看一下STL中的开拉链法究竟是如何实现的：

也就是，用一个vector存放所有bucket，vector的每一个内存单元存放一个bucket，而这个bucket究竟是什么呢？其本质就是其下面维护的链表的头节点！！！而每个bucket下面的链表，则存放了元素和指向下一个节点的地址。也就是每一个bucket维护一个list。这就是上面书中所说：表格内的每个单元，涵盖的不只是个节点，甚至可能是一桶节点。

我们可以从下图看到更加细节的东西：

这充分说明了：每个节点存放了我们要存放的元素以及指向下一个节点的指针。而bucket是存在于vector中的，而vector具有自动扩容的能力，说明hashtable在某种条件下是会扩容的。

我们来看一下hashtable迭代器具有怎样的性质：

可见，其迭代器指向的是节点，因此我们可以通过hashtable迭代器获得我们想要查找的元素。值得一提的是如果迭代器当前处于list的结尾，那么hash_table_node->指向了下一个桶子。再看看hashtable类型：

其实从上文我们也能看出hashtable迭代器是一个前向迭代器！！！

再来看看hashtable模板参数有哪些：

这里我还没全部理解所有的参数，先跳过这个地方的讲述。我们来看看hashtable的扩容规则：

我们可以看到：vecotor的大小是质数，当需要扩容时候，寻找最接近当前数，并大于当前数，为当前数约两倍的质数

关于插入行为，在hashtable中，有两种插入行为:insert_unique()（显然不能插入重复元素），insert_equal()（可以插入重复元素）。而不管是哪种插入行为，都要先判断插入元素之后，是否要扩容，也就是resize，如果需要，先resize，再insert。

那么什么时候执行resize呢？？？下图给出了答案：

可见，当所有list节点的总数的大于vector容量时，就要扩容了！

而hashtable具有获取元素所在bucket的功能：

关于hashtable所有的知识这里基本都介绍完毕了，下面我们来看一个例子：

我们先来看看结果：

可见，当我们定义bucket集合vector大小的时候，会找与当前数字最接近的质数，同时每个bucket被初始化为空，同时我们也应该注意到：hashtable并不具备和set和map这样的自动排序功能！它只是按照散列函数的功能，将对应元素放到了对应的位置！

关于扩容

可见，当元素总数量超过vector的size的时候，那么就会产生扩容。

至此介绍完毕！