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利用C語言實現(xiàn)HashTable

 更新時間:2013年09月14日 09:09:39   作者:  
根據(jù)KEY從hashtable中獲取接點,步驟是先根據(jù)KEY計算hash值,然后從hashtable中找到指定的接點或者接點鏈表

HashTable是在實際應(yīng)用中很重要的一個結(jié)構(gòu),下面討論一個簡單的實現(xiàn),雖然簡單,但是該有的部分都還是有的。

一,訪問接口
創(chuàng)建一個hashtable.
hashtable hashtable_new(int size) /其中size表示包含的接點個數(shù)。

存入key-value至hashtable中。
void hashtable_put(hashtable h,const char* key,void *val);

根據(jù)key從hashtable中取出value值。
void * hashtable_get(hashtable h,const char *key);

釋放hashtable。
void hashtable_free(hashtable h);

釋放單個hash 接點
void hashtable_delete_node(hashtable h, const char *key);

二,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
hash接點的結(jié)構(gòu):

復(fù)制代碼 代碼如下:

typedef struct hashnode_struct{
struct hashnode_struct *next;
const char *key;
void *val;
}*hashnode,_hashnode;

這個結(jié)構(gòu)還是很容易理解的,除了必須的key-value之外,包含一個用于沖突的鏈表結(jié)構(gòu)。
hashtable的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):
復(fù)制代碼 代碼如下:

typedef struct hashtable_struct{
pool_t p;
int size;
int count;
struct hashnode_struct *z;
}*hashtable,_hashtable;

對這個結(jié)構(gòu)說明如下:
pool_t:內(nèi)存池結(jié)構(gòu)管理hashtable使用的內(nèi)存。結(jié)構(gòu)參考"C語言內(nèi)存池使用模型"
size:當(dāng)前hash的接點空間大小。
count:用于表示當(dāng)前接點空間中可用的hash接點個數(shù)
z:用于在接點空間中存儲接點。

三,創(chuàng)建hashtable
代碼如下:

復(fù)制代碼 代碼如下:

hashtable hashtable_new(int size)
{
hashtable ht;
pool_t p;
p = _pool_new_heap(sizeof(_hashnode)*size + sizeof(_hashtable));
ht= pool_malloc(p, sizeof(_hashtable));
ht->size = size;
ht->p = p;
ht->z = pool_malloc(p, sizeof(_hashnode)*prime);
return ht;
}

這個函數(shù)比較簡單,先定義并初始化一個內(nèi)存池,大小根據(jù)size而定,所以在實際使用時,我們的size應(yīng)該要分配的相對大點,比較好。

四,存入key-value值
在這個操作之前,先要定義一個根據(jù)KEY值計算hashcode的函數(shù)。

復(fù)制代碼 代碼如下:

static int hashcode(const char *s, int len)
{
const unsigned char *name = (const unsigned char *)s;
unsigned long h = 0, g;
int i;
for(i=0;i
{
h = (h 《 4) + (unsigned long)(name[i]); //hash左移4位,當(dāng)前字符ASCII存入hash
if ((g = (h & 0xF0000000UL))!=0)
h ^= (g 》 24);
h &= ~g; //清空28-31位。
}
return (int)h;
}

這個函數(shù)采用精典的ELF hash函數(shù)。
代碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

void hashtable_put(hashtable h, const char *key, void *val)
{
if(h == NULL || key == NULL)
return;
int len = strlen(key);
int index = hashcode(key,len);
hashtable node;
h->dirty++;
if((node = hashtable_node_get(h, key,len, index)) != NULL) //如果已經(jīng)存在,就替換成現(xiàn)在的值,因為現(xiàn)在的比較新。
{
n->key = key;
n->val = val;
return;
}
node = hashnode_node_new(h, index); // 新建一個HASH NODE接點。
node->key = key;
node->val = val;
}
hashtable_node_get用于查找該KEY是否在HASH中已經(jīng)存在,實現(xiàn)很簡單,如下:
static hashnode hashtable_node_get(hashtable h, const char *key, int len, int index)
{
hashnode node;
int i = index % h->size;
for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next) // 在index值 [HASH值] 所對應(yīng)的HASH桶上遍歷尋找
if(node->key != NULL && (strlen(node->key)==len) && (strncmp(key, node->key, len) == 0))
return node;
return NULL;
}

新建一個HASH NODE接點如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

static hashnode hashnode_node_new(hashtable h, int index)
{
hashnode node;
int i = index % h->size;
h->count++;
for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next)
if(node->key == NULL) //這里的處理是:如果在HASH桶中存在某個值,KEY是空的,表明這個值已經(jīng)沒有用了,就用它來替換為現(xiàn)在準備寫入的新接點。
return node;
node = pool_malloc(h->p, sizeof(_hashnode)); // 新建一個接點
node->next = h->z[i].next; // 加入到桶中,就是加到鏈表的第一個接點。
h->z[i].next = node;
return node;
}

五,從HASHTABLE中獲取接點
根據(jù)KEY從hashtable中獲取接點,步驟是先根據(jù)KEY計算hash值,然后從hashtable中找到指定的接點或者接點鏈表。如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

void *hashtable_get(hashtable h, const char *key)
{
if(h == NULL || key == NULL)
return NULL;
hashnode node;
int len = strlen(key);
if(h == NULL || key == NULL || len <= 0 || (node = hashtable_node_get(h, key, len, hashcode(key,len))) == NULL)
{
return NULL;
}
return node->val;
}

這個函數(shù)就很容易理解了。

六,釋放HASHTABLE
hashtable的釋放就比較簡單了,因為我們所有的內(nèi)存申請都在內(nèi)存池上完成的,就只需要釋放內(nèi)存池,如下:

復(fù)制代碼 代碼如下:

void hashtable_free(hashtable h)
{
if(h != NULL)
pool_free(h->p);
}

七,釋放單個hash接點
代碼如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

void hashtable_delete_node(hashtable h, const char *key)
{
if(h == NULL || key == NULL)
return;
hashnode node;
int len = strlen(key);
if(h == NULL || key == NULL || (node = hashtable_node_get(h, key, len, hashcode(key,len))) == NULL) //沒有這個接點
return;
node->key = NULL;
node->val = NULL;
h->count--;
}

這個就實現(xiàn)了一個簡單的HASHTABLE結(jié)構(gòu),當(dāng)然后還是有不足的,比如遍歷HASHTABLE,如果用數(shù)組的方式來遍歷,效率肯定很低,下面討論一種實現(xiàn)方案,用于遍歷hashtable.

八,hashtable的遍歷討論
直接用數(shù)組,就是hashtable中的struct hashnode_struct數(shù)組是可以遍歷,但如果只包含一個接點,也要遍歷所有的數(shù)組,如下遍歷:

復(fù)制代碼 代碼如下:

void hashtable_traverse(hashtable h)
{
int i;
hashnode node;
if(h == NULL)
return;
for(i = 0; i < h->prime; i++)
for(node = &h->z[i]; node != NULL; node = node->next)
if(node->key != NULL && node->val != NULL)
XXXXXXXXXXXXXXXXX // 這里是一些操作。
}

這樣效率很低,其實在接點中包含了next域,可以用這個來實現(xiàn)遍歷。
需要對前面hashtable數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做簡單的改動,增加兩個域:
復(fù)制代碼 代碼如下:

typedef struct hashtable_struct{
pool_t p;
int size;
int count;
struct hashnode_struct *z;
int bucket;
hashnode node;
}*hashtable,_hashtable;

就是增加了bucket和node兩個域,加這兩個域的思路是這樣的:
node表示當(dāng)前遍歷的游標,在遍歷過程中,不斷的移動這個接點所指向的接點。
bucket是和node相關(guān)聯(lián)的,用于記錄當(dāng)前的node在哪個桶上。
首先建立連接,就是將所有的接點都連接起來,按照慣例,也采用XXX_iter_first函數(shù),先初始化,如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

int hashtable_iter_first(hashtable h) {
if(h == NULL)
return 0;
h->bucket = -1;
h->node = NULL;
return hashtable_iter_next(h);
}
hashtable_iter_next用于獲取下一個接點,如果這時游標已經(jīng)確定,那下一個接點就會被很快的被確定,定義如下:
int xhash_iter_next(xht h) {
if(h == NULL) return 0;
while(h->node != NULL) {
h->node = h->node->next; // 移向下一個接點,如果接點合法,返回成功
if(h->node != NULL && h->node->key != NULL && h->node->val != NULL)
return 1;
}
for(h->bucket++; h->bucket < h->prime; h->bucket++) {
h->node = &h->z[h->bucket];
while(h->node != NULL) {
if(h->node->key != NULL && h->node->val != NULL)
return 1;
h->node = h->node->next;
}
}
h->bucket = -1; // 不存在下一個接點。
h->node = NULL;
return 0;
}

有了上面兩個方法之后,遍歷操作如下:
復(fù)制代碼 代碼如下:

hashtable ht
if(hashtable_iter_first(ht)) //取第一個接點。
do{
// 此時可以處理ht->node,表示當(dāng)前的接點。
}while(hashtable_iter_next(ht)); //取下一個接點

這樣處理的話, 是不是高效多了。當(dāng)然在第一遍的時候,還是需要遍歷整個數(shù)組和數(shù)組下的桶中接點。不過這樣操作之后,在刪除一個結(jié)點的時候,就需要做一些操作。刪除一個接點時,需要考慮當(dāng)前的h->node是不是當(dāng)前被刪除的接點,如果是,就把h->node稱至下一個接點。就是刪除之后,要作如下處理,假如刪除了。

假如被刪除的接點為node,需要如下處理:
if(h->node == n)
hashtable_iter_next(h);

將h->node移動到下一個接點。

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