学习 Go 语言数据结构：实现哈希表

Posted 2022-08-31 宇宙之一粟

前言

哈希表是开发过程中最常使用的一种数据结构，该数据结构不是使用自定义的键来存储 map 中的值，而是对键执行散列函数，以返回数组中一个项目的确切索引。

原理

• 链接法
• 开放定址法

1. 创建一个长度等于哈希表中键/值对的预期数量的数组。数组越大，发生碰撞的机会就越低
2. 创建一个散列函数，它将获取您要添加的键的值并将其转换为数字。此功能越好，碰撞的机会就越低
3. 取散列函数生成的数字并计算与数组长度的模数。（例如，如果散列为 1234，数组长度为 100，则计算 1234 % 100）。这将是要存储值的数组中的索引。

Go 语言实现

将哈希表表示为 ​​map​​，实现四个功能：

• ​​Insert()​​
• ​​Search()​​
• ​​Delete()​​
• ​​Size()​​

首先，可以为底层数据存储选择一个数组大小（桶数量）。在目前的实现是固定大小的，但在实际的版本将能够在键的数量达到数组的长度时，动态地创建一个更大的数组（Java JDK 7 hashmap 的实现方式）。

const ArraySize = 7 // 哈希表的桶数量

其次，像链表一样，也需要节点用来存储数据定义：

// 桶结构（本质即链表)
type bucket struct 
  head *bucketNode


// 桶节点
type bucketNode struct 
  key  string
  next *bucketNode

定义哈希表数据结构：

• 第一个字段Table 被定义为一个 map，并将一个整数与链表节点(*Node) 关联
• 第二个字段Size 为哈希表的长度

// 哈希表结构体
type HashTable struct 
  array [ArraySize]*bucket

最终，哈希表能有的链表数量与其桶数量相同。

哈希映射中最重要的事情之一可能是哈希函数。接下来是哈希函数，​​hashFunction()​​ 函数使用了模运算符：

// 哈希函数
func hash(key string) int 
  sum := 0
  for _, v := range key 
    sum += int(v)
  
  return sum % ArraySize

接下来是插入、查找和删除功能：

// 插入将传入一个 key 参数，并将其添加到哈希表中
func (ht *HashTable) Insert(key string) 
  index := hash(key)
  ht.array[index].insert(key)


// 查找将接收一个 key 参数，如果在表中，则返回 true，如果不在，则返回 false
func (ht *HashTable) Search(key string) bool 
  index := hash(key)
  return ht.array[index].search(key)


// 删除将接收一个 key 参数，并从哈希表中删除它
func (ht *HashTable) Delete(key string) 
  index := hash(key)
  ht.array[index].delete(key)

以下是通过链表的方式实现的查找、插入和删除：

// 链表查找
func (b *bucket) search(k string) bool 

  currNode := b.head
  for currNode != nil 
    if currNode.key == k 
      return true
    
    currNode = currNode.next
  
  return false


// insert 将输入一个 key ，用 key 创建一个节点，并将该节点放入桶内
func (b *bucket) insert(k string) 
  if !b.search(k) 
    newNode := &bucketNodekey: k
    newNode.next = b.head
    b.head = newNode
   else 
    fmt.Print(k, "already exists!")
  


// delete 将接收一个 key ，并从桶中删除该节点
func (b *bucket) delete(k string) 

  if b.head.key == k 
    b.head = b.head.next
    return
  

  prevNode := b.head
  for prevNode.next != nil 
    if prevNode.next.key == k 
      // 删除
      prevNode.next = prevNode.next.next
      return
    
    prevNode = prevNode.next
  

​​main​​ 函数如下：

func main() 
  hashTable := Init()
  list := []string
    "A",
    "B",
    "C",
    "D",
  

  for _, v := range list 
    hashTable.Insert(v)
  

  hashTable.Delete("C")

总结

哈希表可以在 ​​O(1)​​ 的时间内访问键和值。哈希表非常适用于字典，或其他需要搜索大量数据的应用中。