C++学习笔记（三十四）——hashtable（哈希表）

一、HashTable（哈希表）

（1）HashTable与其核心思想

哈希表（Hash Table）是一种基于哈希函数的键值映射数据结构，它能在O(1) 的均摊时间复杂度内完成查找、插入和删除操作。

核心思想：

1. 通过哈希函数（Hash Function） 计算键的哈希值，映射到一个索引位置。
2. 若索引位置冲突（两个键映射到相同索引），使用冲突解决策略（如链地址法或开放寻址法） 处理。
3. 负载因子（Load Factor） 影响哈希表性能，通常超过阈值时会进行动态扩容。

其中，负载因子是指哈希表中已存储元素数量与总容量的比值，用于衡量哈希表的填充程度。

（2）HashTable的实现

STL 容器	底层实现	是否有序	允许重复键/值
unordered_map	哈希表	❌	❌
unordered_multimap	哈希表	❌	✅
unordered_set	哈希表	❌	❌
unordered_multiset	哈希表	❌	✅

使用建议：

• 需要 O(1) 查找？用 unordered_map（哈希表）。
• 需要唯一键值？用 unordered_set（哈希集合）。
• 需要允许重复键？用 unordered_multimap。
• 需要允许重复值？用 unordered_multiset。

（3）红黑树（map） vs 哈希表（unordered_map）

	红黑树 (map)	哈希表 (unordered_map)
底层结构	红黑树	哈希表
插入/删除/查找	O(log n)	O(1)（均摊）
是否有序	是（按键排序）	否（无序存储）
适用场景	需要排序、范围查询	仅关心查找速度

二、unordered_map（哈希表的键值映射）

（1）常用函数

函数	作用
insert({Key, Value})	插入键值对
find(Key)	查找键，返回迭代器（不存在则 end()）
erase(Key)	删除键
count(Key)	返回键的个数（对于 unordered_map 只能是 0 或 1）
size()	返回元素个数
clear()	清空哈希表

（2）基本使用

#include <iostream>
using namespace std;
#include <unordered_map>
#include <string>

int main() {
    unordered_map<string, int> hash_table;

    // 插入键值对
    hash_table["Apple"] = 10;
    hash_table["Banana"] = 20;
    hash_table["Cherry"] = 30;

    // 查找键值对
    if (hash_table.find("Banana") != hash_table.end())
    {
        cout << "Banana 的值是: " << hash_table["Banana"] << endl;
    }

    // 遍历哈希表（无序）
    cout << "哈希表内容:" << endl;
    for (const auto& pair : hash_table)
    {
        cout << pair.first << " -> " << pair.second << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• unordered_map中采用无序存储。
• 查找 find()的复杂度为O(1) 。
• [] 访问键时，若键不存在，会创建默认值。

三、unordered_set（哈希表的无序集合）

（1）常用函数

函数	作用
insert(Value)	插入元素
find(Value)	查找元素，返回迭代器
erase(Value)	删除元素
count(Value)	返回元素个数（只能是 0 或 1）
size()	返回集合大小
clear()	清空集合

（2）基本使用

#include <iostream>
using namespace std;
#include <unordered_set>

int main() {
    unordered_set<int> hash_set = {10, 20, 30, 40};

    // 插入元素
    hash_set.insert(50);
    hash_set.insert(30); // 30 已存在，不会重复插入

    // 查找元素
    if (hash_set.find(20) != hash_set.end())
    {
        cout << "20 存在于哈希集合中" << endl;
    }

    // 遍历哈希集合（无序）
    cout << "哈希集合中的元素: ";
    for (int num : hash_set)
    {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• unordered_set 基于哈希表实现集合（元素唯一，自动去重）。
• 采用无序存储，适用于快速去重、判重、查找。
• 查找 find()的复杂度为O(1) 。

四、unordered_multimap 和 unordered_multiset（允许重复键/值的哈希表）

• unordered_multimap——允许 重复键 的无序哈希表。
• unordered_multiset——允许 重复值 的无序哈希集合。

（1）unordered_multimap的使用

#include <iostream>
using namespace std;
#include <unordered_map>
#include <string>

int main() {
    unordered_multimap<int, string> multi_hash_map;

    // 插入重复键
    multi_hash_map.insert({ 1, "Apple" });
    multi_hash_map.insert({ 2, "Banana" });
    multi_hash_map.insert({ 1, "Avocado" }); // 允许重复键

    // 遍历哈希表
    cout << "unordered_multimap 内容:" << endl;
    for (const auto& pair : multi_hash_map)
    {
        cout << pair.first << " -> " << pair.second << endl;
    }

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

• unordered_multimap允许多个相同键，适用于数据库索引等。

（2）unordered_multiset的使用

#include <iostream>
using namespace std;
#include <unordered_set>

int main() {
    unordered_multiset<int> hash_multiset = { 10, 20, 30 };

    // 插入元素
    hash_multiset.insert(20); // 允许重复值
    hash_multiset.insert(30); // 允许重复值
    hash_multiset.insert(40);


    // 遍历哈希集合（无序）
    cout << "哈希集合中的元素: ";
    for (int num : hash_multiset)
    {
        cout << num << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}