哈希表，哈希算法（C语言）

哈希表

哈希表，又称散列表，常用于在海量数据中查找数据

哈希表中元素是由哈希函数确定的。将数据元素的关键字key作为自变量，通过一定的函数关系H(称为哈希函数)，计算出的值，即为该元素的存储地址。其优点是：运算速度快；缺点是：基于数组、难于扩展，不可遍历。

在建立一个哈希表之前需要解决两个主要问题:

  1. 构造均匀的哈希函数
    使H(key)均匀分布在哈希表中，以提高地址计算的速度。
    构造哈希函数的方法：直接定址法，数字分析法，平法折中法，折叠法，除留余数法，随机数法等。
  2. 处理冲突
    冲突是指在哈希表中，不同的关键字值对应到同一个存储位置的现象。即存在K1≠K2，但H(K1)=H(K2)。
    再均匀的哈希函数都只能可减少冲突，但不可能避免冲突。
    发生冲突后，必须解决，即必须寻找下一个可用地址。
    解决冲突的方法:开放地址法（包括线性探测，二次探测，随机探测），再哈希法，链地址法，建立公共溢出区等。

C语言实现

哈希表的数据结构

typedef struct HashNode_Struct HashNode;  
struct HashNode_Struct  {  char* sKey;//键值指针int nValue;  //键值HashNode* pNext; //指向下一个哈希结构
};

定义最大哈希长度及哈希数组

#define HASH_TABLE_MAX_SIZE 10000
HashNode* hashTable[HASH_TABLE_MAX_SIZE]; //哈希数组
int hash_table_size;  //当前哈希长度

哈希表初始化函数

void hash_table_init()  
{  hash_table_size = 0;  memset(hashTable, 0 , sizeof(HashNode*) * HASH_TABLE_MAX_SIZE);//memset(void *s,int c,size_t n); //将s中后n个字节换成c所代表的内容 //该函数是对较大结构体或数组进行清零操作的一种最快的方法 
}

去符号化函数

unsigned int hash_table_hash_str(const char* skey)  
{  //无符号unsigned能保存2倍与有符号类型的正整型数据 const signed char *p = (const signed char*)skey; //常量 unsigned int h = *p;  if(h){  for(p += 1; *p != '\0'; ++p)  h = (h << 5) - h + *p;  }  return h;  
}

插入函数

void hash_table_insert(const char* skey, int nvalue)  
{  if(hash_table_size >= HASH_TABLE_MAX_SIZE) //如果定义的哈希表长度大于等于最大长度 {  printf("内存溢出!\n");return;  }  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE;  //用于解决冲突，pos为哈希函数 HashNode* pHead = hashTable[pos];while(pHead){  if(strcmp(pHead->sKey, skey) == 0)  {  printf("%s发生冲突!\n", skey);return ;  }  pHead = pHead->pNext;  }  //动态建立结点，初始化，分配内存空间 HashNode* pNewNode = (HashNode*)malloc(sizeof(HashNode));  memset(pNewNode, 0, sizeof(HashNode));  pNewNode->sKey = (char*)malloc(sizeof(char) * (strlen(skey) + 1));  strcpy(pNewNode->sKey, skey);  pNewNode->nValue = nvalue;  //指针后移 pNewNode->pNext = hashTable[pos];  hashTable[pos] = pNewNode;  //表长增加 hash_table_size++;  
}

删除函数

void hash_table_remove(const char* skey)  
{  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE; if(hashTable[pos])  {  HashNode* pHead = hashTable[pos];  HashNode* pLast = NULL;  HashNode* pRemove = NULL;  while(pHead)  {  if(strcmp(skey, pHead->sKey) == 0)  {   //若str1==str2，则返回零;//若str1>str2，则返回正数;//若str1<str2，则返回负数。 pRemove = pHead;//若相等，用pRemove记录  break; }  pLast = pHead;  //若不相等，不断后移 pHead = pHead->pNext;  }  if(pRemove)  {  if(pLast)pLast->pNext = pRemove->pNext;//实现删除1 else  hashTable[pos] = NULL;//实现删除2free(pRemove->sKey);  free(pRemove);  }  }  
}

查找函数

HashNode* hash_table_lookup(const char* skey)  
{  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE;  if(hashTable[pos])  {  HashNode* pHead = hashTable[pos];  while(pHead)  {  if(strcmp(skey, pHead->sKey) == 0)  return pHead;//查找成功 pHead = pHead->pNext;  }  }  return NULL;  
}

打印哈希表函数

void hash_table_print()  
{ int i;  for(i = 0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)  if(hashTable[i])//表不空 {  HashNode* pHead = hashTable[i];  printf("%d=>", i);  while(pHead)  {  printf("%s:%d  ", pHead->sKey, pHead->nValue);  pHead = pHead->pNext;  }  printf("\n");  }  
}

释放内存函数

void hash_table_release()  
{  int i;  for(i = 0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)  {  if(hashTable[i])  {  HashNode* pHead = hashTable[i];  while(pHead)  {  HashNode* pTemp = pHead;  pHead = pHead->pNext;  if(pTemp)  {  free(pTemp->sKey);  free(pTemp);  }  //逐个释放 }  }  }  
}

随机生成函数

#define MAX_STR_LEN 20  
#define MIN_STR_LEN 10  
void rand_str(char r[])  
{  int i;  int len = MIN_STR_LEN + rand() % (MAX_STR_LEN - MIN_STR_LEN);  for(i = 0; i < len - 1; ++i)  r[i] = 'a' + rand() % ( 'z' - 'a');  r[len - 1] = '\0';  
}

具体代码如下：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <string.h>  
#include <time.h>  #define HASH_TABLE_MAX_SIZE 10000  
typedef struct HashNode_Struct HashNode;  
struct HashNode_Struct  {  char* sKey;  int nValue;  HashNode* pNext;  
};  //哈希表数据结构 HashNode* hashTable[HASH_TABLE_MAX_SIZE]; 
int hash_table_size;  //哈希表中键值对的数量 //初始化哈希表 
void hash_table_init()  
{  hash_table_size = 0;  memset(hashTable, 0, sizeof(HashNode*) * HASH_TABLE_MAX_SIZE);//memset(void *s,int c,size_t n); //将s中后n个字节换成c所代表的内容 //该函数是对较大结构体或数组进行清零操作的一种最快的方法 
}  //去符号化哈希表  
unsigned int hash_table_hash_str(const char* skey)  
{  //无符号unsigned能保存2倍与有符号类型的正整型数据 const signed char *p = (const signed char*)skey; //常量 unsigned int h = *p;  if(h){  for(p += 1; *p != '\0'; ++p)  h = (h << 5) - h + *p;  }  return h;  
}
//插入 
void hash_table_insert(const char* skey, int nvalue)  
{  if(hash_table_size >= HASH_TABLE_MAX_SIZE) //如果定义的哈希表长度大于等于最大长度 {  printf("内存溢出!\n");return;  }  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE;  //用于解决冲突，pos为哈希函数 HashNode* pHead = hashTable[pos];while(pHead){  if(strcmp(pHead->sKey, skey) == 0)  {  printf("%s发生冲突!\n", skey);return ;  }  pHead = pHead->pNext;  }  //动态建立结点，初始化，分配内存空间 HashNode* pNewNode = (HashNode*)malloc(sizeof(HashNode));  memset(pNewNode, 0, sizeof(HashNode));  pNewNode->sKey = (char*)malloc(sizeof(char) * (strlen(skey) + 1));  strcpy(pNewNode->sKey, skey);  pNewNode->nValue = nvalue;  //指针后移 pNewNode->pNext = hashTable[pos];  hashTable[pos] = pNewNode;  //表长增加 hash_table_size++;  
}  
//删除 
void hash_table_remove(const char* skey)  
{  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE; if(hashTable[pos])  {  HashNode* pHead = hashTable[pos];  HashNode* pLast = NULL;  HashNode* pRemove = NULL;  while(pHead)  {  if(strcmp(skey, pHead->sKey) == 0)  {   //若str1==str2，则返回零;//若str1>str2，则返回正数;//若str1<str2，则返回负数。 pRemove = pHead;//若相等，用pRemove记录  break; }  pLast = pHead;  //若不相等，不断后移 pHead = pHead->pNext;  }  if(pRemove)  {  if(pLast)pLast->pNext = pRemove->pNext;//实现删除1 else  hashTable[pos] = NULL;//实现删除2free(pRemove->sKey);  free(pRemove);  }  }  
}  //查找 
HashNode* hash_table_lookup(const char* skey)  
{  unsigned int pos = hash_table_hash_str(skey) % HASH_TABLE_MAX_SIZE;  if(hashTable[pos])  {  HashNode* pHead = hashTable[pos];  while(pHead)  {  if(strcmp(skey, pHead->sKey) == 0)  return pHead;//查找成功 pHead = pHead->pNext;  }  }  return NULL;  
}  //打印 
void hash_table_print()  
{ int i;  for(i = 0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)  if(hashTable[i])//表不空 {  HashNode* pHead = hashTable[i];  printf("%d=>", i);  while(pHead)  {  printf("%s:%d  ", pHead->sKey, pHead->nValue);  pHead = pHead->pNext;  }  printf("\n");  }  
}  //释放内存 
void hash_table_release()  
{  int i;  for(i = 0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)  {  if(hashTable[i])  {  HashNode* pHead = hashTable[i];  while(pHead)  {  HashNode* pTemp = pHead;  pHead = pHead->pNext;  if(pTemp)  {  free(pTemp->sKey);  free(pTemp);  }  //逐个释放 }  }  }  
}  /* ============================主测试函数============================*/  
#define MAX_STR_LEN 20  
#define MIN_STR_LEN 10  
void rand_str(char r[])  
{  int i;  int len = MIN_STR_LEN + rand() % (MAX_STR_LEN - MIN_STR_LEN);  for(i = 0; i < len - 1; ++i)  r[i] = 'a' + rand() % ( 'z' - 'a');  r[len - 1] = '\0';  
}  int main(int argc, char** argv)  
{  srand(time(NULL));  hash_table_init();     int n = 10;  char str[MAX_STR_LEN + 1]; const char *key1 = "aaa111";  const char *key2 = "bbb222";  const char *key3 = "ccc333";while(n--)  {  rand_str(str);  hash_table_insert(str, n);  }printf("插入前\n");hash_table_print(); hash_table_insert(key1, 1);  hash_table_insert(key2, 2);  hash_table_insert(key3, 2);   printf("插入后\n");hash_table_print();  HashNode* pNode = hash_table_lookup(key1);  printf("查找结果:%d\n", pNode->nValue);  pNode = hash_table_lookup(key2);  printf("查找结果:%d\n", pNode->nValue);printf("删除之前:\n");  hash_table_print();  hash_table_remove(key3);  printf("删除之后:\n");  hash_table_print();  hash_table_release();  return 0;  
}

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