哈希表哪家強(qiáng)？幾大編程語言吵起來了！

哈希表華山論劍

比特宇宙編程語言聯(lián)合委員會(huì)準(zhǔn)備舉辦一次大會(huì)，主題為哈希表，給各大編程語言帝國都發(fā)去了邀請(qǐng)函。

很快就到了大會(huì)這一天

聯(lián)合委員會(huì)秘書長開場(chǎng)發(fā)言：“諸位，為促進(jìn)技術(shù)交流與發(fā)展，增強(qiáng)各帝國友誼，聯(lián)合委員會(huì)特設(shè)此盛會(huì)，感謝諸位的捧場(chǎng)”

會(huì)場(chǎng)傳來一陣鼓掌聲······

秘書長繼續(xù)發(fā)言：“本次大會(huì)的主題是哈希表，人類程序員使用最多的數(shù)據(jù)容器之一，各大編程語言帝國相信都有實(shí)現(xiàn)。今天的大會(huì)就圍繞哈希表分為幾個(gè)議題討論，首先是第一個(gè)議題：存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與沖突解決”

存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與沖突解決

來自GoLang帝國的map率先發(fā)言：“哈希表，哈希表，首先得是個(gè)表嘛，所以最基本的要用一個(gè)數(shù)組來存儲(chǔ)，數(shù)組中的每一個(gè)元素叫做bucket。至于hash沖突嘛，就用鏈表來解決嘛”

GoLang帝國的map說完，有人站了起來：“英雄所見略同！在下C++帝國的unordered_map，我們基本上也是選擇的這種方法”

此時(shí)，Python帝國的代表提出了質(zhì)疑：“鏈表確實(shí)可以解決沖突，不過嘛，這要是沖突太多，鏈表太長，搜尋起來豈不費(fèi)時(shí)？”

GoLang帝國的map和C++帝國的unordered_map面面相覷，不知如何應(yīng)對(duì)。

“鏈表太長的話，那就轉(zhuǎn)成樹結(jié)構(gòu)！”，就在這時(shí)，又有人站了起來。

見有人起身，Python帝國代表轉(zhuǎn)身問道：“在下乃Python帝國的字典dict{}，敢問閣下怎么稱呼”

“我是Java帝國的HashMap，和前面兩位兄臺(tái)的策略大體相同，只是在沖突過多，具體來說鏈表長度超過8的時(shí)候就轉(zhuǎn)換成紅黑樹的結(jié)構(gòu)，以此加快查找”

說完，map、unordered_map松了一口氣，和HashMap一起坐下了。

dict{}繼續(xù)發(fā)問：“在座的都是這個(gè)思路，用鏈表解決沖突？”

說完，另外一位代表站了起來，“等等，我們C#帝國的HashTable就沒用鏈表！”

dict{}露出了滿意的表情，“那你們是怎么解決沖突的呢？”

“咱HashTable內(nèi)部使用的是雙重散列法，咱內(nèi)部不止一種哈希計(jì)算方式，一次Hash沖突，咱就換一個(gè)再算，直到找到有空位的地方存儲(chǔ)”，HashTable回答到。

dict{}看起來有些失望，估計(jì)這也不是他所用的方式。

“你問了半天，還沒說你們Python是怎么處理沖突的呢？”，Java帝國的HashMap開口了。

“是啊，是啊”，其他代表也跟著起哄。

見眾人起哄，dict{}只好應(yīng)答：“鏈表法固然不錯(cuò)，不過需要在插入數(shù)據(jù)過程中動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存構(gòu)建鏈表節(jié)點(diǎn)，開銷不小，我們沒有采用。”

“那到底用了啥，你倒是說啊，快急死我了”，C++的unordered_map有些急了。

“我們用的是一種叫開放尋址法的策略，如果發(fā)現(xiàn)了沖突，就按照制定的策略從這個(gè)位置往后找，直到找到有空的位置存儲(chǔ)”，dict{}繼續(xù)說到。

“哪有那么簡單的事，你把別人的位置占了，那對(duì)應(yīng)那個(gè)位置的數(shù)據(jù)來了怎么辦？還有查找怎么找？刪除怎么處理？這不全亂套了嗎”，unordered_map追問不舍。

“是這樣的，按照我們既定的規(guī)則，在查找的時(shí)候就需要額外做一些工作，另外刪除的時(shí)候也不能直接刪除，否則會(huì)破壞規(guī)則鏈條·····”，接下來一段時(shí)間，dict{}給大家仔細(xì)介紹了他們的處理思路。

“你這個(gè)也太麻煩了，不如我們鏈表法來的清晰明了”

“這怎么就麻煩了？這好處不顯而易見嘛？”，dict{}也不甘示弱。

這時(shí)，秘書長打斷了大家的爭(zhēng)辯：“諸位，諸位，靜一靜，靜一靜，咱們這個(gè)議題到此為止，進(jìn)入下一個(gè)議題：哈希到位置映射”

哈希到位置映射

急性子的C++帝國代表unordered_map第一個(gè)說話：“這有什么好討論的，不就是用hash值對(duì)哈希表數(shù)組長度進(jìn)行一個(gè)求模運(yùn)算嗎？”

“就是，這有什么好討論的”，C#帝國的HashTable也附和到。

“哎，此言差矣，我就沒用取模運(yùn)算”，眾人望去，這Python帝國的dict{}又要鬧什么新鮮玩意。

GoLang帝國的map問道：“老哥用的什么辦法，別賣關(guān)子了，快說來聽聽”

dict{}掃了眾人一眼說到，“我的辦法就是：”

這是怎么個(gè)映射法？眾代表皆摸不著頭腦，議論紛紛，唯有Java帝國的HashMap聽聞微微一笑。

dict{}見狀問道：“HashMap兄臺(tái)，莫非知曉其中玄機(jī)？”

只見HashMap不緊不慢的站了起來說到：“哈希表長度是2的冪次，減1之后的二進(jìn)制均變成了1，比如長度16，減1變成15，也就是二進(jìn)制1111。再進(jìn)行與運(yùn)算，相當(dāng)于取了哈希值的低位，直接映射到對(duì)應(yīng)的數(shù)組位置，與運(yùn)算比取模運(yùn)算要快不少。不瞞諸位，我HashMap中也是使用的這種方式，此乃雕蟲小技，不值得炫耀”

眾代表聽完紛紛點(diǎn)頭稱贊，dict{}不知何時(shí)卻已坐下。

C#的HashTable問道：“這樣直接取低幾位，會(huì)不會(huì)造成Hash值到數(shù)組到映射不均勻，拿你舉的例子來說，18的二進(jìn)制是0001 0010，34的二進(jìn)制是0010 0010，他們的低4位都一樣，和1111與上以后都是0010，也就是都該存到數(shù)組的2號(hào)位，這豈不是一定程度上的增加了沖突的概率嗎？”

突如其來的質(zhì)疑并沒有讓HashMap慌亂，反而是從容不迫的解釋到：“C#代表的這個(gè)問題提的非常好，不知dict{}兄臺(tái)是如何處理的。我們的方案是在進(jìn)行與運(yùn)算映射之前，對(duì)hash值進(jìn)行一個(gè)處理，具體來說就是將其高16位與低16位進(jìn)行一個(gè)異或運(yùn)算，如此一來，最終參與與運(yùn)算的部分就融合了原始hash的全部信息，而不僅僅是低位。”

眾代表聽完再次點(diǎn)頭稱贊。

秘書長打破了平靜，“看來大家收獲都頗豐，咱們接著下一個(gè)話題吧：初始容量與擴(kuò)容”

初始容量與擴(kuò)容

眾代表這一次皆不爭(zhēng)先，互相觀望。

秘書長見狀說到：“沒人主動(dòng)，那我可就要點(diǎn)名了······”

“那就我先吧”，Java帝國的HashMap站了起來，“我的默認(rèn)初始容量是16，有一個(gè)叫負(fù)載因子的參數(shù)，默認(rèn)是0.75。我的策略是，如果內(nèi)部數(shù)組的空間使用了超過75%，那就要準(zhǔn)備擴(kuò)容了，否則后續(xù)Hash沖突的概率就會(huì)很大。哦對(duì)了，擴(kuò)容時(shí)容量得是2的指數(shù)次方，原因前面已經(jīng)交代了”

dict{}第二個(gè)起身：“嗯，差不多，我的默認(rèn)初始容量是8，擴(kuò)容的時(shí)候也是要求是2的指數(shù)次方，另外我的負(fù)載因子是2/3，擴(kuò)容時(shí)機(jī)比這位HashMap老哥更早一些”

C#帝國代表HashTable聽聞也起身發(fā)言：“我的初始容量是3，至于負(fù)載因子嘛，我經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得出的數(shù)據(jù)在兩位之間，是0.72。容量大小方面我就沒有2的指數(shù)次方的要求了，而是要求一個(gè)素?cái)?shù)。之所以要求素?cái)?shù)的原因，是因?yàn)槲沂褂玫那竽＿\(yùn)算進(jìn)行的映射，使用素?cái)?shù)的話，沖突會(huì)少一些。”

這時(shí)，C++帝國代表unordered_map也說話了，“巧了！我也是素?cái)?shù)哎，你看，我提前把容量都算好存起來了，到時(shí)候擴(kuò)容就挨個(gè)取就行了。”

尾聲

時(shí)間過的很快，在大家熱情的討論中，一上午時(shí)間很快就結(jié)束了。

大會(huì)臨近尾聲，秘書長致辭宣布：“感謝各位代表積極探討，大會(huì)取得圓滿成功，本次大會(huì)到此結(jié)束，咱們下次再會(huì)！”

會(huì)場(chǎng)再次傳來一陣熱烈的鼓掌聲······

然而就在此時(shí)，會(huì)場(chǎng)外突然傳來一個(gè)聲音：“舉辦如此盛會(huì)，怎能少了我”

眾人望去，皆嘆：“他果然還是來了”

彩蛋

會(huì)后，C#帝國代表拉住了C++帝國代表

“兄弟，八卦一下，你這取的是個(gè)啥名，你看我和Java帝國的代表都叫Hashxxx，你咋不也叫hash_map或者hash_table之類的名字呢？叫什么unordered_map”

“哎，兄臺(tái)你有所不知，其實(shí)我也不想叫這名字，只是，，，這話說來話長了······”，unordered_map嘆了口氣。