数据结构-HashTable(哈希表/散列表)

哈希表是什么？

哈希表（HashTable）又叫做散列表，是根据关键码值（即键值对）而直接访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找速度。看到这里你可能比较疑惑，它是怎么加快查找速度的？下一节就有说明！这个映射函数就叫做散列（哈希）函数，存放记录的数组叫做散列表。

为什么哈希表的速度快？ 

在数据结构中，我们对两种数据结构应该会非常熟悉：数组与链表。数组的特点就是查找容易，插入删除困难；而链表的特点就是查找困难，但是插入删除容易。既然两者各有优缺点，那么我们就将两者的有点结合起来，让它查找容易，插入删除也会快起来。哈希表就是讲两者结合起来的产物。

哈希如何查找？

哈希的查找就是下面两个步骤：

<1>使用哈希函数将被查找的键转化为数组的索引。在理想的状态下，不同的键会被转化成不同的索引值。但是那是理想状态，我们实践当中是不可能一直是理想状态的。当不同的键生成了相同的索引的时候，也就是我们所说的冲突，我们这个时候就要处理冲突。

<2> 处理冲突的方法很多，后面我们介绍线性探索法和拉链法。

哈希表是一个时间和空间上平衡的例子。如果没有空间的限制，我们可以直接用键来作为数组的索引，这样可以将查找时间做到最快（O(1)）。如果没有时间的限制，我们可以使用无序链表进行顺序查找，这样只需要很少的内存。

什么是哈希函数？

哈希函数其实就是我们常说的哈希算法，主要应用在以下这几个方面：文件校验、数字签名、鉴权协议。常用的哈希算法有以下这些。

<1>MD5：MD5即Message-Digest Algorithm 5(信息-摘要算法5)，用于确保信息传输完整一致。MD5是输入不定长度信息，输出固定长度128bits的算法。

<2>SHA-1：常用于HTTPS传输和软件签名。

<3>SHA-2:SHA-224/SHA-256/SHA-384/SHA-512并成为SHA-2

<4>SHA-3:之前名为Keccak算法，是一个加密杂凑算法。

如何避免哈希冲突？

拉链法

线性探索法

 

 

HashTable结构

#define HASHTABLESIZE  13
typedef  int  KeyType;
// typedef  int  DataType;

typedef struct Node
{
    KeyType  key;   //   数据原有的key值，此值一般不能有重复的  主键（唯一）
    // DataType   data;
    struct Node *next;
}LinkList;

typedef struct Hash
{
    LinkList *hash_table[HASHTABLESIZE];
    int   number[HASHTABLESIZE];    //  记录每一个链表的节点的个数
}Hash;

HashTable实现

#include "hash.h"

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <math.h>

//初始化哈希表
void InitHash(Hash *hash)
{
	if(hash == NULL)  exit(0);

	for(int i = 0; i < HASHTABLESIZE; ++i)
	{
		hash->hash_table[i] = NULL;
		hash->number[i] = 0;
	}
}

//定义哈希函数
static int HashFun(KeyType key)
{
	return abs(key % HASHTABLESIZE);//abs取绝对值，key%HASHTABLESIZE 得到存放数组的下标
}

//插入元素
int InsertHash(Hash *hash, KeyType key)
{
	if(hash == NULL)  exit(0);

	int hash_key = HashFun(key); //hash_key 就是下标

	LinkList *p = hash->hash_table[hash_key];

	while(p != NULL)
	{
		if(p->key == key)  return 0;//判断key是否存在 是否唯一
		p = p->next;
	}

	LinkList *new_node = (LinkList*)malloc(sizeof(LinkList));
	if(new_node == NULL)  return 0;

	new_node->key = key; 
	new_node->next = hash->hash_table[hash_key]; //新结点next指向原先结点，若原先没有结点即指向NULL
	hash->hash_table[hash_key] = new_node;
	hash->number[hash_key]++;

	return 1;
}

//删除哈希元素
int DeleteHash(Hash *hash, KeyType key)
{
	if(hash == NULL)  exit(0);

	int hash_key = HashFun(key);

	LinkList *p = hash->hash_table[hash_key];
	LinkList *q = NULL; //  p的前驱节点

	while(p != NULL)
	{
		if(p->key == key)//遍历寻找需要删除的结点
		{
			if(q == NULL)
			{
				hash->hash_table[hash_key] = p->next;
			}
			else
			{
				q->next = p->next;
			}

			free(p);
			hash->number[hash_key]--;
			return 1;
		}

		q = p;
		p = p->next;
	}

	return 0;
}

//查询，与上面插入或删除时相同
LinkList *Search(Hash *hash, KeyType key)
{
	if(hash == NULL) exit(0);

	int hash_key = HashFun(key);

	LinkList *p = hash->hash_table[hash_key];

	while(p != NULL)
	{
		if(p->key == key) return p;

		p = p->next;
	}

	return NULL;

}
//销毁哈希表
void DestroyHash(Hash *hash)
{
	if(hash == NULL) exit(0);

	for(int i = 0; i < HASHTABLESIZE; ++i)
	{
		LinkList *p = hash->hash_table[i];
		while(p != NULL)
		{
			hash_table[i] = p->next;
			free(p);
			p = hash_table[i];
		}

		hash->number[i] = 0;
	}
}