【Go语言学习】（九）go语言实现简易的HashMap_努力努力再努力呀的博客-CSDN博客_go hashmap

哈希表（hash table）
也叫散列表，是一种非常重要的数据结构，应用场景及其丰富，许多缓存技术（比如memcached）的核心其实就是在内存中维护一张大的哈希表，本文借鉴java中HashMap的实现，分析hash表的基本原理，并用Go语言进行实现。

一、什么是哈希表

在讨论哈希表之前，我们先大概了解下其他数据结构在新增，查找等基础操作执行性能

数组：采用一段连续的存储单元来存储数据。对于指定下标的查找，时间复杂度为O(1)；通过给定值进行查找，需要遍历数组，逐一比对给定关键字和数组元素，时间复杂度为O(n)，当然，对于有序数组，则可采用二分查找，插值查找，斐波那契查找等方式，可将查找复杂度提高为O(logn)；对于一般的插入删除操作，涉及到数组元素的移动，其平均复杂度也为O(n)

线性链表：对于链表的新增，删除等操作（在找到指定操作位置后），仅需处理结点间的引用即可，时间复杂度为O(1)，而查找操作需要遍历链表逐一进行比对，复杂度为O(n)

二叉树：对一棵相对平衡的有序二叉树，对其进行插入，查找，删除等操作，平均复杂度均为O(logn)。

哈希表：相比上述几种数据结构，在哈希表中进行添加，删除，查找等操作，性能十分之高，不考虑哈希冲突的情况下（后面会探讨下哈希冲突的情况），仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1)，接下来我们就来看看哈希表是如何实现达到惊艳的常数阶O(1)的。

我们知道，数据结构的物理存储结构只有两种：顺序存储结构和链式存储结构（像栈，队列，树，图等是从逻辑结构去抽象的，映射到内存中，也这两种物理组织形式），而在上面我们提到过，在数组中根据下标查找某个元素，一次定位就可以达到，哈希表利用了这种特性，哈希表的主干就是数组。

比如我们要新增或查找某个元素，我们通过把当前元素的关键字 通过某个函数映射到数组中的某个位置，通过数组下标一次定位就可完成操作。
　　
这个函数可以简单描述为：存储位置 = f(关键字) ，这个函数f一般称为哈希函数，这个函数的设计好坏会直接影响到哈希表的优劣。举个例子，比如我们要在哈希表中执行插入操作：
插入过程如下图所示

哈希表数据插入过程

查找操作同理，先通过哈希函数计算出实际存储地址，然后从数组中对应地址取出即可。

在这里插入图片描述

哈希冲突

然而万事无完美，如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？也就是说，当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。前面我们提到过，哈希函数的设计至关重要，好的哈希函数会尽可能地保证 计算简单和散列地址分布均匀,但是，我们需要清楚的是，数组是一块连续的固定长度的内存空间，再好的哈希函数也不能保证得到的存储地址绝对不发生冲突。那么哈希冲突如何解决呢？哈希冲突的解决方案有多种:开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法，而HashMap即是采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。

Go语言实现代码：

linkedNodes部分：

package gohash import "fmt" //Map 定义一个map结构type Map struct {    k string    v string} //Node 链表节点type Node struct {    data Map    next *Node} //CreatHeadNode 创建头节点func creatHeadNode(k, v string) *Node {    //创建头节点    node := new(Node)    node.data.k = k    node.data.v = v    node.next = nil    /* //头指针和当前指针指向头节点    Head = node    Curr = node */    return node //返回node，作为hashmap数组中的头节点} //AddNode 新增节点func addNode(k, v string, Curr *Node) {    node := new(Node)    node.data.k = k    node.data.v = v    node.next = nil    //挂接节点    Curr.next = node    //Curr = node} //PrintNode 遍历打印节点func printNode(head *Node) {    p := head    for {        if p.next == nil {            fmt.Printf("%s:%s", p.data.k, p.data.v)            return        }        fmt.Printf("%s:%s->", p.data.k, p.data.v)        p = p.next    }} //CntNodes 计算节点个数func cntNodes(head *Node) int {    cnt := 0    p := head    //若链表为空    if p == nil {        return cnt    }    //若不为空    for {        if p.next == nil {            cnt++            return cnt        }        cnt++        p = p.next    }}

hashMap部分：

package gohash import "fmt" //HashArr 定义一个nodes的数组var hashArr [16]*Node //[<nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil> <nil>] //PutData put valuefunc PutData(k, v string) {    var pos = hashCode(k)    //判断要插入的数组位置是否为空    if hashArr[pos] == nil {        //直接在hashArr[pos]中插入数据        hashArr[pos] = creatHeadNode(k, v)        return    }    //若不为空，遍历到该链表末尾指针位置    curr := getTail(hashArr[pos])    //插入末尾    addNode(k, v, curr)    return} //Get get valuefunc Get(k string) (string, bool) {    pos := hashCode(k)    p := hashArr[pos]    for {        if p == nil {            return "", false        }        if p.data.k == k {            return p.data.v, true        }        p = p.next    }} //GetAll 打印整个hashmapfunc GetAll() {    for i := 0; i < 16; i++ {        if hashArr[i] == nil {            fmt.Printf("%d: \n", i)        } else {            fmt.Printf("%d: ", i)            printNode(hashArr[i])            fmt.Printf("\n")        }    }} //GetTail 找到末尾指针func getTail(head *Node) *Node {    p := head    for {        if p.next == nil {            return p        }        p = p.next    }} //HashCode 将key转换成数组下标的散列算法，范围16之间func hashCode(key string) int {    var index int = 0    index = int(key[0])    for k := 0; k < len(key); k++ {        index *= (1103515245 + int(key[k]))    }    index >>= 27    index &= 16 - 1    return index}

测试：

package main import (    "fmt"     "github.com/LeZeJ/Day6/gohash") func main() {     gohash.PutData("1", "a")    gohash.PutData("2", "b")    gohash.PutData("3", "c")    gohash.PutData("4", "d")    gohash.PutData("5", "e")    gohash.PutData("6", "f")    gohash.PutData("7", "g")    gohash.PutData("8", "h")    gohash.PutData("9", "i")    gohash.PutData("10", "j")    gohash.PutData("11", "k")    gohash.PutData("12", "l")    gohash.PutData("13", "m")    gohash.PutData("14", "n")    gohash.PutData("15", "o")    gohash.PutData("16", "p")    gohash.PutData("17", "q")    gohash.PutData("18", "r")     v, _ := gohash.Get("3")    v1, _ := gohash.Get("8")    fmt.Println(v)    fmt.Println(v1)    gohash.GetAll()}

运行结果：

ch0:1: 11:k2: 1:a->17:q3: 3:c->5:e4: 7:g->9:i->12:l5: 18:r6:7: 13:m8:9: 14:n10:11: 2:b->4:d->6:f12: 8:h->15:o13:14: 10:j15: 16:p

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创建于: 2022-08-23 15:30:02
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