哈希表实现指南：从原理到C++实践

一、简介和应用

哈希表（Hash Table）是一种高效的数据结构，通过键值对(key-value)存储数据，提供快速的插入、删除和查找操作。它使用哈希函数将键映射到表中的位置，使得平均时间复杂度可以达到O(1)。

‌应用场景‌：数据库索引、缓存实现（如Redis）、字典和符号表、编译器中的变量管理、网络路由表、密码存储和验证。

二、特点和注意事项

‌特点‌：

1.快速访问：平均时间复杂度O(1)
2.灵活大小：可以动态调整容量
3.冲突处理：使用链表法解决哈希冲突
4.简单接口：提供插入、删除、查找基本操作
5.内存效率：相比其他数据结构更节省空间

三、实现步骤解析

‌定义键值对结构‌：创建存储键值对的pairs结构
‌实现链表节点‌：模板化的链表节点用于处理冲突
‌哈希表类设计‌：
- 初始化哈希表数组
- 提供默认和指定大小的构造函数
‌核心操作实现‌：
- 插入：计算哈希地址，处理冲突
- 删除：查找并移除指定键
- 查找：快速定位键对应的值
‌辅助功能‌：
- 打印整个哈希表内容

四、完整代码和注释

C++ 复制代码

#include<iostream>
using namespACe std;

// 键值对结构体
struct pairs {
    int key;  // 键
    int val;  // 值
};

// 链表节点模板
template<typename T>
struct listnode {
    T val;            // 存储的值
    listnode* next=nullptr; // 下一个节点指针
    
    // 默认构造函数
    listnode() {}
    
    // 带值构造函数
    listnode(T v) {
        val = v;
    }
};

// 哈希表类
class hash_map {
    listnode<pairs>** map; // 哈希表数组(链表指针数组)
    int size;              // 哈希表大小
    
public:
    // 默认构造函数(大小1000)
    hash_map() {
        size = 1000;
        map = new listnode<pairs>*[size]; // 分配数组
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            map[i] = nullptr; // 初始化每个槽位为空
        }
    }
    
    // 指定大小的构造函数
    hash_map(int size) {
        this->size = size;
        map = new listnode<pairs>*[size];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            map[i] = nullptr;
        }
    }
    
    // 插入键值对
    void ins(pairs pair) {
        int address = pair.key % size; // 计算哈希地址
        listnode<pairs>* newnode = new listnode<pairs>(pair); // 创建新节点
        
        listnode<pairs>* tmp = map[address]; // 获取槽位头节点
        
        // 如果槽位为空，直接插入
        if (!tmp) {
            map[address] = newnode;
            return;
        }
        
        // 否则找到链表末尾插入
        while (tmp->next) {
            tmp = tmp->next;
        }
        tmp->next = newnode;
    }
    
    // 删除指定键的节点
    void del(int key) {
        int address = key % size; // 计算哈希地址
        listnode<pairs>* tmp = map[address]; // 获取槽位头节点
        
        // 如果头节点就是要删除的节点
        if (tmp->val.key == key) {
            map[address] = map[address]->next; // 跳过该节点
            return;
        }
        
        // 否则遍历查找要删除的节点
        while (tmp->next->val.key != key) {
            tmp = tmp->next;
        }
        tmp->next = tmp->next->next; // 跳过要删除的节点
    }
    
    // 查找指定键的值
    int find(int key) {
        int address = key % size; // 计算哈希地址
        listnode<pairs>* tmp = map[address]; // 获取槽位头节点
        
        // 遍历链表查找键
        while (tmp and tmp->val.key != key) {
            tmp = tmp->next;
        }
        
        // 如果没找到返回-1
        if (!tmp) return -1;
        
        // 找到返回对应的值
        return tmp->val.val;
    }
    
    // 打印整个哈希表
    void print() {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            listnode<pairs>* tmp = map[i]; // 获取每个槽位的头节点
            
            // 打印该槽位的所有键值对
            while (tmp) {
                cout << tmp->val.key << ":" << tmp->val.val << " ";
                tmp = tmp->next;
            }
            cout << endl;
        }
        cout << endl;
    }
};

五、总结

哈希表是一种极其重要的数据结构，本文通过C++实现展示了其基本原理和核心操作。理解哈希表的工作原理对于学习更高级的数据结构和算法至关重要。在实际应用中，可以根据需求调整哈希函数、冲突解决策略和扩容机制来优化性能。

链接：哈希表