＜＜哈希表理论知识储备＞＞

前言

哈希表是 C++ 面试最高频的数据结构，unordered_map / unordered_set 底层全部依赖哈希表。

很多同学只会调用 STL 接口，但完全不懂底层原理、哈希冲突、扩容机制、迭代器实现。

本文将从零讲解：哈希原理 → 冲突解决 → 底层结构 → 手撕哈希表 → 手撕 unordered_map/unordered_set → 面试题实战，彻底吃透哈希表。

一、哈希表是什么？（通俗易懂）

1.1 哈希表核心思想

通过哈希函数，把任意 key 映射到数组下标，实现 O(1) 查找。

数组：查找快、插入慢

链表：查找慢、插入快

哈希表：查找、插入、删除平均 O(1)

1.2 哈希函数作用

将任意类型 key（int/string）→ 映射为数组下标

1.3 什么是哈希冲突？

不同 key 经过哈希计算得到相同下标 → 哈希冲突(自动去重不存放相同的key值)

1.4 负载因子

衡量哈希表拥挤程度的指标，公式为：负载因子(λ) = 存储的元素个数(N) / 哈希表大小(M)。

λ 越大：冲突概率越高，空间利用率越高；

λ 越小：冲突概率越低，空间利用率越低；

开放定址法 λ 通常控制在 0.7 ，链地址法 λ 控制在 1 。

二、常见哈希冲突解决方式

2.1 开放定址法（简单说明）

冲突就往后找空位,相当于去抢占往后走的最近的位置

缺点：删除复杂、容易堆积(存的key值不同也可能映射到同一个位置,冲突时就不断往后找空位,导致堆积)

2.2 拉链法（重点！STL 默认）

数组 + 链表结构

每个下标挂一条链表，冲突就挂在链表后面,避免了数据堆积

我们手写哈希表采用：拉链法

三、STL 哈希表底层结构剖析

3.1 unordered_map / unordered_set 区别

unordered_set：只存 key，无 value，去重
unordered_map：存 key-value 键值对，key 唯一

3.2 底层统一结构

底层都是：vector + 单链表 哈希桶结构

set/map 是红黑树（有序）

unordered_xxx 是哈希表（无序、更快）

3.3 哈希表核心机制

哈希函数映射下标(可以通过优化哈希函数减少开放寻址法的哈希冲突)

cpp 复制代码

举一个哈希函数的例子(string专用)
size_t operator()(const string& key)
	{
		size_t hash = 0;
		for (auto ch : key)
		{
			hash += ch;// 累加字符ASCII码
			hash *= 131;// 乘质数131，减少冲突
		}
		return hash;
	}

拉链法解决冲突
负载因子控制扩容
扩容重新哈希(哈希表进行扩容时,由于表长变了,因此每一个key映射的位置也改变了)

四、手写通用哈希表（核心重点）

实现一个可同时支持 map/set 的通用哈希表

4.1 模板设计思想

KeyOfT 仿函数：从数据中取出 key(存放的可能是键值对因此需要KeyOfT从键值对取出key)
Hash 仿函数：通用哈希函数 + 类型特化

4.2 哈希节点设计

单链表节点：数据 + next 指针

4.3 迭代器实现（重难点）

普通迭代器
const 迭代器（const 正确性）
迭代器++ 逻辑（跨桶遍历）

4.4 哈希表核心接口实现

Insert 插入（去重）
Find 查找
Erase 删除（key / 迭代器）
size / empty / clear / count
扩容机制（负载因子判断）

五、基于哈希表封装 unordered_map

5.1 适配器模式讲解

unordered_map 不存数据，只是调用底层 HashTable

5.2 MapKeyOfT 取键仿函数

从 pair<K,V> 中取出 key

5.3 unordered_map 完整接口实现

insert 插入
find 查找
erase 删除
begin / end / const 迭代器
operator[] 核心重难点（不存在则插入默认值）
size / empty / clear / count

六、基于哈希表封装 unordered_set

6.1 SetKeyOfT 取键仿函数

6.2 unordered_set 特点

无 value，只存 key
无 operator[]
天然去重

6.3 unordered_set 全套接口

insert / find / erase / size / empty / clear / count / 迭代器

这一章节知识只是理论知识用于复习和gou具体大纲思路具体的代码实现请看下一章节