TheOdinProject Ruby课程：手写哈希映射实现指南-优快云博客

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TheOdinProject Ruby课程：手写哈希映射实现指南

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哈希映射基础概念回顾

哈希映射（HashMap）是一种基于键值对存储的数据结构，它通过哈希函数将键映射到存储位置，从而实现高效的数据存取。在Ruby中，我们虽然可以直接使用内置的Hash类，但理解其底层实现原理对于提升编程能力至关重要。

实现前的准备工作

在开始编码前，我们需要明确几个关键概念：

容量（Capacity）：哈希表中桶（bucket）的数量
负载因子（Load Factor）：当元素数量达到容量乘以负载因子时，哈希表会自动扩容
哈希冲突（Collision）：不同键产生相同哈希值的情况

核心实现步骤

1. 初始化HashMap类

首先创建一个HashMap类，初始化时需要设置：

初始容量（如16）
负载因子（通常设为0.75）
存储桶数组

class HashMap
  def initialize(initial_capacity = 16, load_factor = 0.75)
    @buckets = Array.new(initial_capacity)
    @load_factor = load_factor
    @size = 0
  end
end

2. 实现哈希函数

哈希函数是哈希映射的核心，它将任意长度的键转换为固定范围的整数值：

def hash(key)
  hash_code = 0
  prime_number = 31
  
  key.each_char { |char| hash_code = prime_number * hash_code + char.ord }
  
  hash_code % @buckets.size  # 确保结果在桶数组范围内
end

注意：这里使用31作为质数是因为它能减少哈希冲突，且31的乘法运算可以通过位移优化。

3. 处理键值对操作

set方法实现

def set(key, value)
  index = hash(key)
  raise IndexError if index.negative? || index >= @buckets.length
  
  # 处理冲突（这里使用链表法）
  if @buckets[index].nil?
    @buckets[index] = [[key, value]]
  else
    found = @buckets[index].find { |pair| pair[0] == key }
    if found
      found[1] = value  # 更新已有键的值
    else
      @buckets[index] << [key, value]  # 添加新键值对
    end
  end
  
  @size += 1
  resize_if_needed
end

get方法实现

def get(key)
  index = hash(key)
  raise IndexError if index.negative? || index >= @buckets.length
  
  return nil if @buckets[index].nil?
  
  pair = @buckets[index].find { |k, _| k == key }
  pair ? pair[1] : nil
end

4. 动态扩容机制

当元素数量超过容量×负载因子时，哈希表需要扩容以保持高效性能：

def resize_if_needed
  return unless @size.to_f / @buckets.size >= @load_factor
  
  old_buckets = @buckets
  @buckets = Array.new(old_buckets.size * 2)
  @size = 0
  
  old_buckets.compact.each do |bucket|
    bucket.each { |key, value| set(key, value) }
  end
end

测试你的实现

按照以下步骤验证你的HashMap实现：

创建实例并设置负载因子为0.75
添加12个键值对（此时负载应达到0.75）
测试覆盖已有键值的情况
添加第13个键值触发扩容
验证扩容后各方法的正确性

高级挑战：实现HashSet

基于HashMap的实现，我们可以轻松创建HashSet：

class HashSet
  def initialize
    @hash_map = HashMap.new
  end
  
  def add(key)
    @hash_map.set(key, true)
  end
  
  def contains?(key)
    @hash_map.has?(key)
  end
  
  # 其他方法类似实现...
end