unordered_map底层原理

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在C++标准库中，std::unordered_map 的底层实现通常是基于‌哈希表‌，而哈希表的核心结构通常包含一个动态数组（类似于 std::vector）来存储“桶”（buckets）。每个桶内可能用链表或红黑树（C++11后某些实现用）处理哈希冲突。以下是关键点：

1 ‌数据结构‌

底层存储：哈希表需要一个连续的存储空间来管理桶，通常会使用动态数组（如 std::vector 的类似结构）来支持动态扩容。
‌冲突解决‌：每个桶内存储的是链表节点或红黑树节点（取决于实现）。

2 ‌动态扩容机制‌

当哈希表的负载因子（元素数量 / 桶数量）超过阈值（默认为1.0）时，会触发以下操作：

‌分配新数组‌：创建一个更大的动态数组（通常是原大小的两倍左右）。 ‌重新哈希‌：将所有元素重新哈希到新的桶中。
‌释放旧数组‌：销毁旧桶数组。 这个过程与 std::vector 的扩容逻辑类似，但需要重新哈希所有元素。

2.1 为什么用动态数组？‌

‌快速随机访问‌：通过哈希函数计算出的索引需要直接访问对应桶，动态数组的连续内存布局（O(1)时间复杂度）满足这一需求。
‌内存效率‌：动态数组的内存分配比链表更紧凑，缓存局部性更好。

3 一些关键API

1. 桶大小

std::unordered_map<int, std::string> myMap(100); // 初始桶数量为100
myMap.bucket_count(); // 获取当前桶的数量

2. 重新哈希

如果你在插入大量元素后发现性能下降，可能是因为当前的桶数量不足以容纳所有元素，从而导致过多的冲突。在这种情况下，你可以通过重新哈希来增加桶的数量。这可以通过调用rehash函数来实现：

myMap.rehash(200); // 尝试将桶数量增加到200

3. 负载因子

• unordered_map的负载因子是元素数量与桶数量的比率。当负载因子超过某个阈值（通常是1），unordered_map会自动进行重新哈希以增加桶的数量。

• 当元素减少使得负载因子降低时，unordered_map不会自动调整桶的数量，此时可以通过调用reserve方法来预估所需的元素数量，这会触发一个合适的重新哈希：

myMap.reserve(1000); // 预计将有1000个元素，这可能导致重新哈希以增加桶的数量