C算法精解-----哈希表(2)

前面对链式哈希表的定义、实现、分析的一下，感觉也不是想象中的那么难，只要把思路理清，在草稿纸上画下他的实现思路，代码阅读起来也就一目了然了。下次再看时，只要把当初画的草图一拿出来就知道，当初定义的函数接口：插入、删除、查找是怎么实现的。数据结构本身就是很抽象的东西。对初学者来说，画草图是很容易理解代码实现思路。

下面介绍另外一种哈希表的实现方法 ：开地址哈希表的描述。

在链式哈希表中，元素存在在每个地址的桶中。而开地址哈希表，元素存放在表本身中。因为注定不能和链式哈希表一样解决冲突。在开地址哈希表中解决冲突的方式就是探查这个表，直到找个放这个元素的槽，或者找到这个元素。当然如果遍历完整个表也没有找到这个元素，说明元素没有在表中。

检索哈希表的效率主要有2个因素有关：哈希表的负载因子（元素的总个数处于桶的个数）和 元素均匀分布的程度。

线性探查

线性探查的哈希函数定义：h(k,i) = (h`(k)+i)mod m ,k是键（插入的元素），i表示探查的次数，i是大于等于0小于m.m槽个数。h`是一个辅助哈希函数。h`=k mod m.

下面一个简单例子介绍下：

双散列

最有效的探查开地址哈希表的方法之一，就是通过计算两个辅助哈希函数哈希编码的和来得到哈希编码。双散列的哈希函数定义为：

h(k,i) = (h1(k) + ih2(k)) mod m h1和 h2是两个辅助哈希函数

开地址哈希表的实现和分析

疑问：就是结构体中定义的一个变量vacated 在代码中的作用：个人理解没有起到什么实质的作用，就是保存了上一次删除操作的一个位置～。有其他更好理解的给解释下～

/*ohtbl.h*/
#ifndef OHTBL_H
#define OHTBL_H

#include <stdlib.h>

/*定义开地址哈希表结构体*/
typedef struct Ohtbl_{
    int positions;/*槽位的个数*/
    void *vacated;/*指针将被初始化来指向一个特殊的地址空间，
                         来证明这个特殊地址上曾经删除过一个元素*/

    int (*h1)(const void * key);
    int (*h2)(const void *key);
    int (*match)(const void *key1,const void *key2);
    void (*destroy)(void *data);

    int size;/*元素的个数*/
    void **table;/*存储元素的数组(malloc申请)*/
}Ohtbl;

/*函数接口*/
int ohtbl_init(Ohtbl *htbl,int positions,int (*h1)(const void *key),int 
    (*h2)(const void *key),int (*match)(const void *key1,const void *key2),void 
    (*destroy)(void *data));
void ohtbl_destroy(Ohtbl *htbl);
int ohtbl_insert(Ohtbl *htbl,const void *data);
int ohtbl_remove(Ohtbl *htbl,void **data);
int ohtbl_lookup(const Ohtbl *htbl,void **data);
#define ohtbl_size(htbl)  ((htbl) ->size)
#endif

/*ohtbl.c*/
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "./include/ohtbl.h"

/*预订一个内存地位为腾出的元素*/
static char vacated;

/*结构体初始化
  *return 初始化成功: 0,  失败:-1.
  */

int ohtbl_init(Ohtbl * htbl, int positions, int(* h1)(const void * key), int(* h2)(const void * key), int(* match)(const void * key1, const void * key2), void(* destroy)(void * data))
{
    int i;
    /*申请空间为哈希表*/
    if ((htbl ->table = (void **)malloc(positions *sizeof(void *))) == NULL)
        return -1;
    /*初始化每个positions*/
    htbl ->positions = positions;
    for (i = 0; i < htbl->positions; i++)
        htbl -> table[i] = NULL;
    /*设置腾出成员的内存地址*/
    htbl->vacated = &vacated;
    /*初始化封装的函数*/
    htbl -> h1 = h1;
    htbl -> h2 = h2;
    htbl ->match = match;
    htbl ->destroy = destroy;
    /*初始化元素个数*/
    htbl ->size = 0;
    return 0;
}

/*开地址哈希表销毁
  *
  *
  */
  int ohtbl_destroy(Ohtbl * htbl)
{
    int i;
    if (htbl ->destroy !=NULL){
        /*使用用户定义的函数去释放存放数据的内存*/
        for (i = 0; i < htbl ->positions; i++){
             if (htbl ->table[i] != NULL && htbl ->table[i] != htbl ->vacated)
                htbl ->destroy(htbl ->table[i]);
             
        }
    }
    /*释放table 内存*/
    free(htbl ->table);
    /*清空哈希表结构体*/
    memest(htbl,0,sizeof(Ohtbl));
    return;
}

/* 哈希表中插入元素
  *return 初始化成功: 0,  失败:-1.
  *  数据已经在哈希表内返回:1
  */
int ohtbl_insert(Ohtbl * htbl, const void * data)
{
    void *temp;
    int position = 0;
    int  i = 0;

    /*但哈希表已经满的话返回-1*/
    if (htbl ->size == htbl ->positions)
        return -1;
    /*如果数据已经在哈希表内，返回1*/
    temp = (void *)data;
    if (ohtbl_lookup(htbl, &temp) == 0)
        return 1;
    /*找到哈希编码值存在数据*/
    for (i = 0; i <htbl -> positions; i++){
        /*获得哈希编码值*/
        position = (htbl->h1(data) + i * htbl ->h2(data)) %htbl ->positions;
        if (htbl ->table[position] == NULL || htbl ->table[position] ==htbl 
        ->vacated){
            /*插入数据*/
            htbl ->table[position] = (void *)data;
            htbl ->size ++;
            return 0;
        }
    }
    return -1;
}

/* 删除哈希表数值
  *return 初始化成功: 0,  失败:-1.
  */
int ohtbl_remove(Ohtbl * htbl, void * * data)
{
    int i = 0;
    int position = 0;

    if (htbl ->size == 0)
        return -1;
    for (i = 0; i <htbl -> positions; i++){
        /*获得哈希编码值*/
        position = (htbl->h1(data) + i * htbl ->h2(data)) %htbl ->positions;
        if (htbl ->table[position] == NULL){/*表明元素未存放到哈希表内*/
            return -1;
        } else if (htbl ->table[position] == htbl ->vacated){
            /*搜索vacated 之外*/
            continue;
        } else if(htbl -> match(htbl->table[position],*data)){
            *data = htbl->table[position];
            htbl->table[position] = htbl ->vacated;
            htbl->size --;
            return 0;
        }
    }
    return -1
}

/*查找数据
  *return 初始化成功: 0,  失败:-1.
  */
int ohtbl_lookup(const Ohtbl * htbl, void * * data)
{
    int position = 0;
    int i = 0;
    for (i = 0; i <htbl -> positions; i++){
        /*获得哈希编码值*/
        position = (htbl->h1(data) + i * htbl ->h2(data)) %htbl ->positions;
        if (htbl ->table[position] == NULL){/*表明元素未存放到哈希表内*/
            return -1;
        } else if(htbl -> match(htbl->table[position],*data)){
            *data = htbl->table[position];
            return 0;
        }
    }
    return -1;
}