数据结构---循环队列（补充 应用实例）、哈希表（哈希存储、哈希冲突、解决方法、举例实现）

一川月白7092025-08-08 12:41

循环队列

1、函数封装部分

1）创建循环队列

cs 复制代码 
/*创建循环队列*/
Seqque_t *create_seqque()
{
    Seqque_t *psq = malloc(sizeof(Seqque_t));
    if (NULL == psq)
    {
        printf("malloc error\n");
        return NULL;
    }
    psq->head = 0;
    psq->tail = 0;
    psq->pbase = malloc(sizeof(Data_type_t) * SEQQUE_MAX_LEN);
    if (NULL == psq->pbase)
    {
        printf("malloc error\n");
        return NULL;
    }

    return psq;
}

2）循环队列---判满、判空

cs 复制代码 
/*判满*/
int is_full_seqque(Seqque_t *psq)
{
    if ((psq->tail+1)%SEQQUE_MAX_LEN == psq->head)
    {
        return 1;
    }
    return 0;
}
/*判空*/
int is_empty_seqque(Seqque_t *psq)
{
    if (psq->head == psq->tail)
    {
        return 1;
    }
    return 0;
}

3）循环队列---插入数据

cs 复制代码 
/*数据插入*/
int push_seqque(Seqque_t *psq, Data_type_t data)
{
    if (is_full_seqque(psq))
    {
        printf("seqque is full\n");
        return -1;
    }

    psq->pbase[psq->tail] = data;
    psq->tail = (psq->tail+1) % SEQQUE_MAX_LEN;

    return 0;
}

4）循环队列---遍历

cs 复制代码 
/*遍历*/
void seqque_for_each(Seqque_t *psq)
{
    for (int i = psq->head; i != psq->tail; i = (i+1)%SEQQUE_MAX_LEN)
    {
        printf("%d ", psq->pbase[i]);
    }
    printf("\n");
}

5）循环队列---删除数据

cs 复制代码 
/*删除*/
int pop_seqque(Seqque_t *psq)
{
    if(is_empty_seqque(psq)) 
    {
        printf("seqque is empty!");
        return -1;
    }
    int ret = psq -> pbase[psq -> head];
    psq -> head = ( psq -> head + 1 ) % SEQQUE_MAX_LEN;
    return ret;
}

6）循环队列---获取头数据

cs 复制代码 
/*获取头数据*/
int get_seqque(Seqque_t *psq, Data_type_t *data)
{
    if(is_empty_seqque(psq))
    {
        return -1;
    }
    if(psq->pbase == NULL)
    {
        return -1;
    }
    *data = psq -> pbase[psq -> head];
    return 0;
}

7）循环队列---销毁

cs 复制代码 
/*销毁*/
void destroy_seqque(Seqque_t **ppsq)
{
    free((*ppsq) -> pbase);
    free(*ppsq);
    *ppsq = NULL;
}

上述封装函数需包含的头文件

cs 复制代码 
#include "seqque.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

2、声明部分（头文件）

cs 复制代码 
#ifndef __SEQQUE_H__
#define __SEQQUE_H__

#define SEQQUE_MAX_LEN 10

typedef int Data_type_t;

typedef struct seqque
{
    Data_type_t *pbase;
    int head;
    int tail;
}Seqque_t;

extern Seqque_t *create_seqque();
extern int is_full_seqque(Seqque_t *psq);
extern int is_empty_seqque(Seqque_t *psq);
extern int push_seqque(Seqque_t *psq, Data_type_t data);
extern void seqque_for_each(Seqque_t *psq);
extern int pop_seqque(Seqque_t *psq);
extern int get_seqque(Seqque_t *psq, Data_type_t *data);
extern void destroy_seqque(Seqque_t **ppsq);

#endif

3、主函数运行格式

cs 复制代码 
#include <stdio.h>
#include "seqque.h"

int main(void)
{
    Seqque_t *psq = create_seqque();
    if (NULL == psq)
    {
        return -1;
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        push_seqque(psq, i);
    }

    seqque_for_each(psq);

    int t = pop_seqque(psq);
    if(t != -1)
    {
    printf("出队元素：%d\n", t);
    }
    //push_seqque(psq, 11);
    push_seqque(psq, 12);
    seqque_for_each(psq);

    Data_type_t data;
    
    t = get_seqque(psq, &data);
    if(t == 0)
    {
        printf("%d\n", data);
    }
    destroy_seqque(&psq);
    
    return 0;
}

哈希表（散列表）

哈希表（散列表）用来提高数据的查找效率。

1、哈希存储

1）概念

将要存储的数据的关键字和存储位置之间，建立起对应的关系，这个关系称之为哈希函数。存储数据时，通过对应的哈希函数可以将数据映射到指定的存储位置；查找时，仍可通过该函数找到数据的存储位置。

例如，对于存储 " 21，45，76，88，10，23 " 几个数字，可以通过关系式 " key % 10 " 来存储他们的地址，如下图：

2）时间复杂度

遍历（O(n)）、二分查找（O(logn)以2为底n的对数）、哈希表（ O(1) ） 。

3）结构图

2、哈希冲突 / 哈希矛盾

1）概念

哈希冲突是指两个不同的关键字（键值）经过哈希函数计算后，得到了相同的哈希地址，使不同的关键字被映射到同一地址，导致多个关键字争夺同一个哈希地址，如果不能妥善处理，会使哈希表的查询、插入效率大幅降低（最坏的情况下可能退化为线性查找）。

2）解决方法

(1) 开放地址法

当两个不同的键通过哈希函数计算得到相同的哈希地址，开放地址法会在哈希表中寻找其他空闲位置来存储冲突的键值。存储的是数据。

基本思路：通过哈希函数计算初始地址后，若该地址已被占用（发生冲突），按照探测序列规则依次检查哈希表中的其他地址，直至找到一个空闲位置并插入，如找到空间底部也没有空闲位置，则从头开始查找。

(2) 链地址法

当不同的键值通过哈希函数计算出相同的哈希地址，链地址法会将这些冲突的键值对存储在同一个哈希地址对应的链表（或其他链式结构）。存储的是地址。

基本思路：哈希表的每层是一个数组，每个数组元素对应链表的头结点，插入键值对时，先通过哈希函数计算哈希地址，找到对应的链表头结点，若该头结点对应的链表为空，则直接插入键值，若不为空（发生冲突），则将键值对添加到链表的末尾或头部；查找和删除时，先通过哈希函数定位头结点，再遍历该链表，找到目标键值进行操作。

优点：a. 删除操作简单：直接从链表中移除对应结点，无需特殊标志；

b. 不会产生" 聚集效应 "：冲突仅影响单个链表；

c. 链表可以动态增长，对表容量敏感度低。

缺点：a. 额外空间开销大：需要存储链表指针，内存利用率略低与开放地址法；

b. 若链表过长，查找效率会降低：最坏的情况会退化为 O(n)。

3）链地址法的举例实现

A. 函数封装部分

(1) 链地址法---设计哈希函数的封装

cs 复制代码 
/*设计哈希函数*/
int hash_function(char key)
{
    if (key >= 'a' && key <= 'z')
    {
        return key-'a';
    }
    else if (key >= 'A' && key <= 'Z')
    {
        return key-'A';
    }
    else
    {
        return HASH_TABLE_MAX_SIZE-1;
    }
}

(2) 链地址法---插入数据函数的封装

cs 复制代码 
/*插入数据*/
int insert_hash_table(HSNode_t **hash_table, Data_type_t data)
{
    int addr = hash_function(data.name[0]);

    //hash_table[addr];   //---->phead
    
    HSNode_t *pnode = malloc(sizeof(HSNode_t));
    if(NULL == pnode)
    {
        printf("malloc error!");
    }

    pnode -> data = data;
    pnode -> pnext = NULL;

    if(NULL == hash_table[addr])
    {
        hash_table[addr] = pnode;
    }
    else
    {
        if(strcmp(pnode -> data.name, hash_table[addr] -> data.name) <= 0)
        {
            pnode -> pnext = hash_table[addr];
            hash_table[addr] = pnode;
        }
        else
        {
            HSNode_t *p = hash_table[addr];
            while(p -> pnext != NULL && strcmp(p -> pnext -> data.name, pnode -> data.name) < 0)
            {  
                p = p -> pnext;
            }
            pnode -> pnext = p -> pnext;
            p -> pnext = pnode;
        }
    }

    return 0;
}

(3) 链地址法---遍历函数的封装

cs 复制代码 
/*遍历*/
void hash_for_each(HSNode_t **hash_table)
{
    int i;
    for(i = 0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)
    {
        HSNode_t *ptmp = hash_table[i];
        while(ptmp != NULL)
        {
            printf("%s %s\n", ptmp -> data.name, ptmp -> data.tel);
            ptmp = ptmp -> pnext; 
        }
        printf("\n");
    }
}

(4) 链地址法---查找数据函数的封装

cs 复制代码 
/*查找数据*/
HSNode_t *find_hash(HSNode_t **hash_table, char *name)
{
    int addr = hash_function(name[0]);
    HSNode_t *ptmp = hash_table[addr];
    while(ptmp != NULL)
    {
        if(strcmp(name, ptmp -> data.name) == 0)
        {
            return ptmp;
        }
        ptmp = ptmp -> pnext;
 
    }
    return NULL;
}

(5) 链地址法---销毁函数的封装

cs 复制代码 
/*销毁*/
void destory_hash(HSNode_t **hash_table)
{
    int i;
    for(i =0; i < HASH_TABLE_MAX_SIZE; ++i)
    {
        HSNode_t *ptmp = hash_table[i];
    
        while(hash_table[i] != NULL)
        {
            hash_table[i] = ptmp -> pnext;
            free(ptmp);
            ptmp = hash_table[i];
        }      
    }
}

上述函数封装时所用到的头文件

cs 复制代码 
#include "hash.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
B. 声明部分（头文件）
cs 复制代码 
#ifndef __HASH_H__
#define __HASH_H__

#define HASH_TABLE_MAX_SIZE 27

typedef struct per
{
    char name[32];
    char tel[32];
}Data_type_t;

typedef struct node
{
    Data_type_t data;
    struct node *pnext;
}HSNode_t;

extern int insert_hash_table(HSNode_t **hash_table, Data_type_t data);
extern void hash_for_each(HSNode_t **hash_table);
extern HSNode_t *find_hash(HSNode_t **hash_table, char *name);
extern void destory_hash(HSNode_t **hash_table);
#endif
C. 主函数运行格式
cs 复制代码 
#include <stdio.h>
#include "hash.h"

int main(void)
{
    Data_type_t pers[5] = {{"zhangsan", "110"}, {"lisi", "120"},
                            {"wanger", "119"}, {"Zhaowu", "122"},
                            {"maliu", "10086"}};

    HSNode_t *hash_table[HASH_TABLE_MAX_SIZE] = {NULL}; 

    insert_hash_table(hash_table, pers[0]);
    insert_hash_table(hash_table, pers[1]);
    insert_hash_table(hash_table, pers[2]);
    insert_hash_table(hash_table, pers[3]);
    insert_hash_table(hash_table, pers[4]);

    hash_for_each(hash_table);
    HSNode_t *ret = find_hash(hash_table, "zhangsan");
    if(ret == NULL)
    {
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("%s %s\n", ret -> data.name, ret ->data.tel);
    }

    destory_hash(hash_table)；
    return 0;
}

【END】

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