STL之无序关联式容器&针对于自定义类型的操作

关联式容器包括：unordered_set、unordered_multiset、unordered_map、 unordered_multimap四种。它们的底层使用的数据结构都是哈希表。要学习它们的使 用，也可以从：初始化、遍历、查找、插入、删除、针对自定义类型等方面进行学 习。但是首先需要学习关于哈希表的几个概念：哈希函数、哈希冲突、解决哈希冲突的方法、装载因子(装填因子、负载因子)

哈希相关概念

哈希函数

是一种根据关键码key去寻找值的数据映射的结构，即：根据key值找到key对应的存储位置。

size_t index = H(key)//由关键字获取所在位置

哈希函数的构造

• 定址法： H(key) = a * key + b；
• 平方取中法： key^2 = 1234^2 = 1522756 ------>227；
• 数字分析法：H(key) = key % 10000；
• 除留取余法：H(key) = key mod p (p <= m, m为表长)；

哈希冲突

就是对于不一样的key值，可能得到相同的地址,即:H(key1) = H(key2)

哈希冲突的解决办法

• 开放定址法；
• 链地址法 (推荐使用这种，这也是STL中使用的方法)；
• 再散列法；
• 建立公共溢；

装载因子

装载因子 a = (实际装载数据的长度n)/(表长m)； a越大，哈希表填满时所容纳的元素越多，空闲位置越少，好处是提高了空间利用率，但是增加了哈希碰撞的风险，降低了哈希表的性能，所以平均查找长度也就越长；但是a越小，虽然冲突发生的概率急剧下降，但是因为很多都没有存数据，空间的浪费比较大，经过测试，装载因子的大小在[0.5~0.75]之间比较合理，特别是0.75。

哈希表的设计思想

用空间换时间，注意数组本身就是一个完美的哈希，所有元素都有存储位置，没有冲突，空间利用率也达到极致。

头文件与模板形式

#include 
template < class Key,  
        class Hash = std::hash,
        class KeyEqual = std::equal_to,
        class Allocator = std::allocator
        > class unordered_set;

template < class Key,
        class Hash = std::hash,
        class KeyEqual = std::equal_to,
        class Allocator = std::allocator
        > class unordered_multiset;


//unordered_map与unordered_multimap位于#include 中
template< class Key,
        class T,
        class Hash = std::hash,
        class KeyEqual = std::equal_to,
        class Allocator = std::allocator< std::pair>
        > class unordered_map;


template< class Key,
        class T,
        class Hash = std::hash,
        class KeyEqual = std::equal_to,
        class Allocator = std::allocator< std::pair>
        > class unordered_multimap;

针对内置类型，初始化、遍历、查找、插入、删除、修改、下标访问这些与关联式容器类似，无序关联式容器中元素没有顺序，底层采用的是哈希表。

针对于自定义类型的操作(非常重要)

对于无序关联式容器而言，它们的模板参数中存在两个模板参数Hash与KeyEqual，它们针对的都是Key类型，而如果Key是自定义类型，我们就需要重新改写Hash与KeyEqual。

针对于模板参数Hash而言，改写的方式有两种：特化默认的参数std::hash或者自己实现一个行为类似std::hash的类，我们称之为函数对象。

namespace std
{
    template <>
    class hash<类名>
    {
    public:
        size_t operator()(const 类名 &rhs) const//注意返回类型确定了就是std::size_t
        {
            //自己在此处实现hash函数
        }
    };//end of std::hash
}//end of namespace std


struct HashPoint
{
    size_t operator()(const 类名 &rhs) const//注意返回类型确定了就是std::size_t
    {
        //自己在此处实现hash函数
    }
};//end of struct HashPoint

针对于模板参数KeyEqual而言，改写的方式有三种：特化默认的参数std::equal_to、函数对象的形式、运算符重载。

//1、模板的特化
namespace std
{
    template <>//模板的特化
    struct equal_to<类名> //特化类型的类名
    {
        bool operator()(const 类名 &lhs, const 类名 &rhs) const //不要忘记这个const
        {
            //比较lhs与rhs是不是相等，相等就返回true，否则就是false
            //...
        }
    };

}//end of namespace std

//2、函数对象的形式
struct EqualToPoint
{
    bool operator()(const T &lhs, const T &rhs) const
    {
        //比较lhs与rhs是不是相等，相等就返回true，否则就是false
        //...
    }
};

//3、运算符重载形式
bool operator==(const 类名 &lhs, const 类名 &rhs)
{
    //比较lhs与rhs是不是相等，相等就返回true，否则就是false
    //...
}