Д. Стефенс - C++. Сборник рецептов

• Название: C++. Сборник рецептов
• Автор: Д. Стефенс
• Издательство: КУДИЦ-ПРЕСС
• Жанр: Программирование
• Год: 2007
• ISBN: 5-91136-030-6

Данная книга написана экспертами по C++ и содержит готовые рецепты решения каждодневных задач для программистов на С++. Один из авторов является создателем библиотеки Boost Iostreams и нескольких других библиотек C++ с открытым исходным кодом. В книге затрагивается множество тем, вот лишь некоторые из них: работа с датой и временем; потоковый ввод/вывод; обработка исключений; работа с классами и объектами; сборка приложений; синтаксический анализ XML-документов; программирование математических задач. Читатель сможет использовать готовые решения, а сэкономленное время и усилия направить на решение конкретных задач.

---

 HashFun = hash<Key>,     // Используемая хеш-функция

 EqualKey = equal_to<Key> // Функция, используемая для

                          // проверки равенства ключей

 Alloc = alloc>;          // Используемый распределитель памяти

hash_set<Key,              // Тип ключа

 HashFun = hash<Key>,      // Используемая хеш-функция

 EqualKey = equal_to<Key>, // Функция, используемая для

                           // проверки равенства ключей

 Alloc = alloc>;           // Используемый распределитель памяти

hash_map — это хеш-таблица, которая хранит значения как объекты pair<const Key, Data>. Это означает, что когда я буду далее описывать хеш-таблицы, «элементы» в таблице будут означать пары ключ/значение. hash_map не хранит ключи значение по отдельности (как и map). hash_set просто хранит ключ как значение.

Параметр шаблона HashFun — это функция, которая превращает объекты типа Key в значения, которые могут быть сохранены как size_t. Более подробно это описывается ниже. Параметр шаблона EqualKey — это функция, которая принимает два аргумента и, если они эквивалентны, возвращает true. В контейнерах hash_map и hash_set два ключа не могут быть равны, hash_multimap и hash_multiset могут содержать по нескольку одинаковых ключей. Как и в случае с другими контейнерами, Alloc — это используемый распределитель памяти.

Хеш-таблица содержит две части. В ней есть относительно большой вектор, где каждый индекс это «участок». Каждый из участков является на самом деле указателем на первый узел в относительно коротком одно- или двухсвязном списке (в STLPort — односвязном). Именно в этих списках и хранятся данные. Чтобы получить число участков в хеш-контейнере, используйте метод bucket_count. Рисунок 6.3 дает представление о том, как выглядит в памяти хеш-отображение.

Рис. 6.3. Хеш-таблица

Рассмотрим использование hash_set из примера 6.8. При вставке элемента контейнер вначале должен определить, к какому участку он относится. Это делается с помощью вызова хеш-функции контейнера, передачи в нее ключа (хеш-функция обсуждается немного позже) и вычисления остатка от деления значения на число участков. В результате получается индекс в векторе участков.

Если вы незнакомы с тем, что такое «хеширование», то это очень простая концепция. Если есть какое-то значение (скажем, массив типа char), то хеш-функция для него — это функция, которая принимает один аргумент и возвращает значение хеша типа size_t (т.е. число). В идеале требуется хеш-функция, которая генерирует уникальные значения хешей, но она не обязана это делать. Эта функция в математическом смысле неоднозначна: несколько строк типа string могут иметь одно и то же значение хеша. Далее я скажу, почему это не страшно.

STLPort включает в <hash_map> и <hash_set> такую хеш-функцию как шаблон функции. Однако эта функция не работает для любого объекта, так как невозможно создать общей хеш-функции, которая бы работала с любым вводом. Вместо этого имеется несколько специализированных встроенных типов, наиболее часто используемых для ключей в хеш-таблицах. Например, если требуется посмотреть, как выглядит значение хеша, хешируйте строку символов.

std::hash<const char*> hashFun;

std::cout << "\"Hashomatic\" хешируется как "

 << hashFun("Hashomatic") << '\n';

Вы увидите что-то похожее на следующее.

"Hashomatic" хешируется как 189555649

STLPort предоставляет специализации для следующих типов: char*, const char*, char, unsigned char, signed char, short, unsigned short, int, unsigned int, long и unsigned long. Кажется, что их очень много, но в целом это означает, что библиотека содержит встроенные хеш-функции, которые поддерживают символьные строки и числа. Если требуется хешировать что-то другое, то просто укажите собственную хеш-функцию.

При помещении элемента в хеш-таблицу она определяет, какому участку принадлежит элемент, используя оператор взятия остатка от деления и число участков, т.е. hashFun(key) % bucket_count(). Это быстрый оператор, который указывает непосредственно на индекс в главном векторе, по которому начинается участок.

Хеш-контейнер можно использовать как обычный ассоциативный контейнер, используя для добавления элементов в, скажем, hash_map оператор operator[]. Разница заключается в том, что вы знаете, что вставка и поиск займут постоянное время, а не логарифмическое. Рассмотрим пример 6.9, который содержит простой класс, отображающий имена логинов на объекты Session. Он использует некоторые из возможностей хеш-контейнеров, описываемых в этом рецепте.

Пример 6.9. Простой менеджер сессий

#include <iostream>

#include <string>

#include <hash_map>

using namespace std;

class Session { /* ... */ };

// Облегчение читаемости с помощью typedef

typedef hash_map<string, Session*> SessionHashMap;

class SessionManager {

public:

 SessionManager() : sessionMap_(500) {} // Инициализация хеш-таблицы

                                        // 500-ми участками

 ~SessionManager() {

  for (SessionHashMap::iterator p = sessionMap_.begin();

   p != sessionMap_.end(); ++p)

   delete (*p).second; // Удаление объекта Session

 }

 Session* addSession(const string& login) {

  Session* p = NULL;

  if (!(p = getSession(login))) {

   p = new Session();

   sessionMap_[login] = d; // Присвоение новой сессии с помощью

  }                        // operator[]

  return(p);

 }

 Session* getSession(const string& login) {

  return(sessionMap_[login]);

 }

 // ...

private:

 SessionHashMap sessionMap_;

};

Каждый ключ отображается на единственный участок, а в участке может храниться несколько ключей. Участок это обычно одно- или двухсвязный список.

По хеш-функциям и таблицам написано огромное количество книг. Если вы заинтересовались этим вопросом, поищите в Google «C++ hash function».

Смотри также

Рецепт 6.6.

6.8. Хранение объектов в упорядоченном виде

Проблема

Требуется сохранить набор объектов в заданном порядке, например с целью доступа к упорядоченным диапазонам этих объектов без их пересортировки при каждом таком обращении.

Решение

Используйте ассоциативный контейнер set, объявленный в <set>, который хранит элементы в упорядоченном виде. По умолчанию он использует стандартный шаблон класса less (который для своих аргументов вызывает operator<), а можно передать в него собственный предикат сортировки. Пример 6.10 показывает, как сохранить строки в set.

Пример 6.10. Хранение строк в set

#include <iostream>

#include <set>

#include <string>

using namespace std;

int main() {

 set<string> setStr;

 string s = "Bill";

 setStr.insert(s);

 s = "Steve";

 setStr.insert(s);

 s = "Randy";

 setStr.insert(s);

 s = "Howard";

 setStr.insert(s);

 for (set<string>::const_iterator p = setStr.begin();

  p != setStr.end(); ++p)

  cout << *p << endl;

}

Так как значения хранятся в упорядоченном виде, вывод будет выглядеть так.

Bill

Howard

Randy

Steve

Обсуждение

set (набор) — это ассоциативный контейнер, который предоставляет логарифмическую сложность вставки и поиска и постоянную сложность удаления элементов (если требуется удалить найденный элемент), set — это уникальный ассоциативный контейнер, что означает, что никакие два элемента не могут быть равны, однако если требуется хранить несколько экземпляров одинаковых элементов, используйте multiset, set можно представить как набор в математическом смысле, т.е. коллекцию элементов, в дополнение обеспечивающую поддержание определенного порядка элементов.

Поддерживаются вставка и поиск элементов, но, как и список, набор не позволяет производить произвольный доступ к элементам. Если требуется получить что-то из набора, то можно найти элемент с помощью метода find или перебрать элементы с помощью set<T>::iterator или set<T>::const_iterator. Объявление набора имеет знакомый вид.

set<typename Key,                       // Тип элемента

 typename LessThanFun = std::less<Key>, // Функция/Функтор

                                        // используемый для сортировки

 typename Alloc = std::allocator<Key> > // Распределитель памяти