哈希表实现(C语言)
哈希表概念
哈希表（Hash Table）是一种数据结构，它通过哈希函数来存储和检索键值对（key-value pairs）。哈希表能够提供快速的插入、删除和查找操作，其时间复杂度平均情况下接近常数时间，即 O(1)。
哈希表原理
哈希表的工作原理主要涉及以下几个核心概念：
- 哈希函数：哈希表使用哈希函数将键转换成数组索引。理想情况下，哈希函数应该能够将不同的键均匀分布到数组的不同位置，以减少冲突。
- 数组：哈希表的底层是一个数组，数组的每个槽位（slot）可以存储一个或多个键值对。
- 冲突解决：由于哈希函数可能会将不同的键映射到同一个索引，这种现象称为冲突。解决冲突的方法有多种，包括：
- 链表法：在数组的每个槽位上维护一个链表，所有映射到同一索引的键值对都存储在链表中。
- 开放寻址法：当发生冲突时，寻找数组中的下一个空槽位来存储键值对。
- 双重哈希法：使用第二个哈希函数来决定冲突时的探测序列。
- 操作：
- 插入：通过哈希函数计算键的索引，然后将键值对存储在相应的位置。
- 查找：使用哈希函数找到键的索引，然后在对应的位置检索键值对。
- 删除：找到键的索引，然后从对应的位置删除键值对。
哈希表用途
哈希表在计算机科学和软件工程中有广泛的应用，以下是一些常见的用途：
- 字典和数据库索引：哈希表用于实现字典数据结构，允许快速查找、插入和删除操作，这对于数据库索引尤其重要。
- 缓存：在缓存系统中，哈希表用于快速检索存储的数据项，以减少访问延迟。
- 唯一性检查：哈希表可以用来检查集合中的元素是否唯一，例如在处理字符串时检查是否有重复的单词。
- 数据压缩：在哈希表的基础上，可以构建用于数据压缩的算法，如哈夫曼编码。
- 分布式系统：在分布式系统中，哈希表用于实现一致性哈希算法，以优化数据分布和负载均衡。
- 查找表：在许多算法中，哈希表用作查找表，以快速判断某个元素是否存在于集合中。
通过以上原理和用途的介绍，我们可以看到哈希表是一种非常高效和实用的数据结构，它在现代计算机科学中扮演着重要的角色。
代码实现
#include - 创建哈希表：为哈希表分配内存，并初始化每个桶。
// 定义哈希表节点结构体
typedef struct HashNode {
char* key; // 键
int value; // 值
struct HashNode* next; // 指向下一个具有相同哈希值的节点
} HashNode;
// 创建哈希表
HashNode* createHashTable() {
HashNode* table = (HashNode*)malloc(TABLE_SIZE * sizeof(HashNode));
for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) {
table[i].key = NULL;
table[i].value = 0;
table[i].next = NULL;
}
return table;
}
- 插入键值对：将键值对插入到哈希表中，如果发生冲突，则使用链表来解决。
// 插入键值对到哈希表
void insertHashTable(HashNode* table, const char* key, int value) {
unsigned int index = hashFunction(key); // 计算键的哈希值
HashNode* newNode = (HashNode*)malloc(sizeof(HashNode)); // 为新节点分配内存
newNode->key = strdup(key); // 复制键
newNode->value = value; // 设置值
newNode->next = table[index].next; // 将新节点插入到链表的头部
table[index].next = newNode;
}
- 查找键值对：根据键在哈希表中查找对应的值。
// 根据键在哈希表中查找对应的值
int searchHashTable(HashNode* table, const char* key) {
unsigned int index = hashFunction(key); // 计算键的哈希值
HashNode* node = table[index].next; // 获取链表的头部
while (node != NULL) {
if (strcmp(node->key, key) == 0) {
return node->value; // 找到键，返回对应的值
}
node = node->next; // 移动到链表的下一个节点
}
return -1; // 未找到键，返回-1
}
- 删除键值对：从哈希表中删除指定的键值对。
// 从哈希表中删除指定的键值对
void deleteHashTable(HashNode* table, const char* key) {
unsigned int index = hashFunction(key); // 计算键的哈希值
HashNode* node = table[index].next; // 获取链表的头部
HashNode* prev = &table[index]; // 记录前一个节点
while (node != NULL) {
if (strcmp(node->key, key) == 0) {
prev->next = node->next; // 从链表中移除节点
free(node->key); // 释放键的内存
free(node); // 释放节点的内存
return;
}
prev = node;
node = node->next;
}
}
- 销毁哈希表：释放哈希表占用的内存。
// 销毁哈希表
void destroyHashTable(HashNode* table) {
for (int i = 0; i < TABLE_SIZE; i++) {
HashNode* node = table[i].next;
while (node != NULL) {
HashNode* temp = node;
node = node->next;
free(temp->key); // 释放键的内存
free(temp); // 释放节点的内存
}
}
free(table); // 释放哈希表的内存
}
实例使用
现在，让我们使用上述代码来创建一个哈希表，并执行插入、查找和删除操作，特别是演示如何处理哈希冲突。
int main() {
HashNode* table = createHashTable(); // 创建哈希表
// 插入具有相同哈希值的键值对，以演示哈希冲突的解决
insertHashTable(table, "apple", 5);
insertHashTable(table, "banana", 7);
insertHashTable(table, "cherry", 3);
insertHashTable(table, "apricot", 8); // "apricot"和"apple"具有相同的哈希值
printf("搜索 'apple': %d\n", searchHashTable(table, "apple")); // 查找键值对
printf("搜索 'banana': %d\n", searchHashTable(table, "banana"));
printf("搜索 'cherry': %d\n", searchHashTable(table, "cherry"));
printf("搜索 'apricot': %d\n", searchHashTable(table, "apricot")); // 查找具有相同哈希值的键值对
deleteHashTable(table, "banana"); // 删除键值对
printf("搜索 'banana': %d\n", searchHashTable(table, "banana")); // 再次查找
destroyHashTable(table); // 销毁哈希表
return 0;
}
这段代码创建了一个哈希表，并插入了四个键值对，其中"apple"和"apricot"具有相同的哈希值。然后，它搜索了所有的键，并删除了一个键值对。最后，它销毁了哈希表。
请注意，这个例子是一个简单的实现，没有处理所有可能的边缘情况，如内存不足、空指针等。在实际应用中，你可能需要添加更多的错误检查和异常处理。