FreeBSD 9.0 的 GPT 纯 ZFS 安装

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o\:* {behavior:url(#default#VML);}
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.shape {behavior:url(#default#VML);}
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详细解说STL hash_map

系列

0
为什么需要hash_map

1
数据结构：hash_map

原理

2
hash_map 使用

2.1
一个简单实例

2.2
hash_map 的hash

函数

2.3
hash_map 的比较函数

2.4
hash_map 函数

3
相关hash

容器

4
其他

4.1
hash_map和map

的区别在哪里？

4.2
什么时候需要用hash_map

，什么时候需要用map?

4.3
如何在hash_map

中加入自己定义的类型?

4.4如何用hash_map

替换程序中已有的map

容器？

4.5为什么hash_map

不是标准的？

4.6
有学习使用hash_map

的建议吗？

5
参考文章:

条条大路通罗马，为什么你不随便选一条？

0

为什么需要hash_map



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。

1

数据结构：hash_map
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。

2 hash_map

使用


2.1

一个简单实例


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

)

2.2 hash_map

的hash
函数



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。

2.3 hash_map

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
";

2.4 hash_map

函数


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。

3

相关hash
容器


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。

4

其他


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。

4.1 hash_map

和map
的区别在哪里？



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

4.3

如何在hash_map
中加入自己定义的类型?



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。

4.5

为什么hash_map
不是标准的？


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。

4.6

有学习使用hash_map
的建议吗？


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。

5

参考文章:



详细解说 STL

排序(Sort)

详细解说 STL string

Effective
STL 中文版

论坛讨论:STL论坛:

详细解说STL hash_map

系列

Set MYTITLE =

详细解说STL hash_map
系列

-->