libc hashtable 原始碼簡析

本文分析的是中截止至 2016 年 1 月 30 日最新的libc++。

libc++中，hashtable的實現為鏈式結構。在教科書（introduction to algorithm 3rd edition）中，介紹的實現是由乙個陣列作為buckets，每個陣列中儲存乙個鍊錶。但是libc++中，使用乙個單向鍊錶貫穿整個hashtable，每個slot儲存的是上乙個元素結點的指標，這個元素充當當前鍊錶的頭結點。也就是說，每個slot的鍊錶儲存的實際上是乙個左開右閉的區間。在libc++中，實現鍊錶普遍使用了乙個技巧：有乙個基類***_node_base，這個裡面僅儲存指向下乙個（或者還有上乙個）結點的指標，而真正的***_node裡面才有元素。選用***_node_base作為頭結點，這樣就減少了單個元素的記憶體占用。在hashtable中，可以找到：

template
struct __hash_node_base
};template
struct __hash_node
: public __hash_node_base
<
typename __rebind_pointer<_voidptr, __hash_node<_tp, _voidptr> >::type
>
;

以下是hashtable的關鍵成員變數：

typedef unique_ptr<__node_pointer, __bucket_list_deleter> __bucket_list;
// --- member data begin ---
__bucket_list                                     __bucket_list_;
__compressed_pair<__first_node, __node_allocator> __p1_;
__compressed_pair__p2_;
__compressed_pair               __p3_;
// --- member data end ---

可以看到：

1.buckets是乙個node_pointer的陣列；

2.__p1_.first()就是上文中說的沒有元素的頭結點；

3.__p2_.first()是現在的元素個數；

4.__p3_.first()是現在的load factor。

在下文的**中為了便於理解，__p1_first()替換為head_node。

看過rehash函式後，就會對整個hashtable有個大致的印象。其大致思路為：若當前結點（cp或許指的是current pointer？）與前乙個結點的雜湊值相同則不用理會——讓它跟著前乙個結點走好了。否則就說明我們找到了邊界，那麼就在這個hashtable的鍊錶最前面插入當前結點。這時候分兩種情況。第一種是那個slot是空的，那麼就把當前結點對應的新slot更新為整個鍊錶的頭結點，把原來以整個鍊錶的頭結點為區域性煉表頭結點的slot更新為這個結點的指標（這樣就形成了開區間），第二種是非空，那麼直接插入就好了。但是這裡有個小優化：從current_node開始，把所有相等元素的結點同時插入進去，由於是鍊錶，這個操作可以o(1)完成！另外，這個hashtable會把每個元素的hash value都快取下來，這樣在rehash的時候無需再次hash：

template
void
__hash_table<_tp, _hash, _equal, _alloc>::__rehash(size_type __nbc)
else}}
}}
}

了解了rehash的思路，那麼insert也就十分明了了：如果插入後的新load factor比max_load_factor大了，就rehash。（由於這個是insert_unique，所以一旦發現重複的就不管了）如果待插入的slot是空，那麼把新結點插入到最前面，然後整個鍊錶的頭結點設定為這個slot的頭結點，然後將原先以head_node為頭結點的區域性鍊錶的頭結點更新為這個新插入的結點（這個新插入的結點在它們前面，實現了左開右閉），如果slot非空，就直接插入好了：

template
pair::iterator, bool>
__hash_table<_tp, _hash, _equal, _alloc>::__node_insert_unique(__node_pointer __nd)}}
// insert_after __bucket_list_[__chash], or __first_node if bucket is null
__node_pointer __pn = __bucket_list_[__chash];
if (__pn == nullptr)
else
__ndptr = __nd;
// increment size
++size();
__inserted = true;
}__done:
#if _libcpp_debug_level >= 2
return pairbool>(iterator(__ndptr, this), __inserted);
#else
return pairbool>(iterator(__ndptr), __inserted);
#endif
}

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