在 C++ 中使用 HashMap

Migel Hewage Nimesha 2023年1月30日 2022年4月20日
  1. 在 C++ 中使用帶有 std::map 的 HashMap
  2. 在 C++ 中使用帶有 std::unordered_map 的 HashMap
  3. C++ 中的關鍵差異以及何時使用每個對映
在 C++ 中使用 HashMap

HashMap 是一種重要的資料結構,包含鍵值對,其中可以使用相關鍵檢索值。每個鍵都對映到 HashMap 中的一個特定值。

在迭代期間使用鍵,我們可以更快地訪問相應的值。因此,在檢索值時,HashMap 被認為是一種有效且必不可少的資料結構,具有任何型別的鍵和值。

在 C++ 11 之前,標準定義的雜湊表不存在於 C++ 的標準庫中,但有些不同的實現者有雜湊表的非標準變體,通常稱為 HashMap。與 C++ 11 一起,雜湊表的標準實現被新增到標準庫中。

儘管如此,由於雜湊表的各種變體是來自不同庫的 HashMap,因此決定使用單獨的名稱來呼叫新實現以避免混淆。

因此,在 C++ 中,std::unordered_map 是 HashMap 的替代名稱,但另一個對映使用鍵值對概念,std::map

std::unordered_mapstd::map 之間存在關鍵區別。顧名思義,std::unordered_map 中的元素是無序的,而 std::map 中的元素是有序的。

在 C++ 中使用帶有 std::map 的 HashMap

std::map 屬於關聯容器的類別,其中元素儲存在對映的鍵值對中。在 std::mapstd::unordered_map 中,鍵應該始終是唯一的,但可以有多個對映值相似的唯一鍵。

std::map 是使用自平衡二叉搜尋樹(AVL 樹/紅黑樹)實現的。BST(Self-Balancing Binary Search Tree)的主要特點是當插入和刪除元素時高度總是自動保持在最小值。

std::map 中,平均時間複雜度以對數方式取決於儲存的元素數量;因此,一個操作發生平均需要 O(log n) 時間。在 O(log n) 中,O 是指 Big O 表示法n 是指儲存的元素數。

因此,BST 在建立和維護有序列表時很有幫助。

例子:

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;

int main() {
    map<int, string> Players;

    Players.insert(std::pair<int, string>(2, "Lin Dan"));
    Players.insert(std::pair<int, string>(1, "Chen Long"));

    cout << "Number of Players " << Players.size() << endl;
    for (map<int, string>::iterator it = Players.begin(); it != Players.end(); ++it) {
        cout << (*it).first << ": " << (*it).second << endl;
    }
}

輸出:

Number of Players 2
1: Chen Long
2: Lin Dan

在 C++ 中使用帶有 std::unordered_map 的 HashMap

std::unordered_map 是使用 C++ 中的雜湊表實現的。雜湊表也屬於關聯容器。對映的值儲存在桶或槽陣列中的雜湊表中,可以從中檢索必要的值。

這個索引是使用雜湊函式,雜湊碼完成的。std::unordered_map 的搜尋、插入和刪除的平均時間複雜度是 O(1),其中 OBig O 表示法,這就是 std::unordered_map 非常有效。

例子:

#include <iostream>
#include <unordered_map>

using namespace std;

int main()
{
    unordered_map<string, int> info;

    info["Age"] = 18;
    info["Year"] = 2022;
    info["Number of Players"] = 15;

    for (auto x : info)
    cout << x.first << " " << x.second << endl;
}

輸出:

Number of Players 15
Year 2022
Age 18

C++ 中的關鍵差異以及何時使用每個對映

當比較 std::unordered_mapstd::map 時,兩者之間的效率差距是巨大的。

std::unordered_map 標準::地圖
搜尋時間 O(log n) O(1)
插入時間 O(log n) + 再平衡時間 O(1)
刪除時間 O(log n) + 再平衡時間 O(1)

std::unordered_map 顯然比 std::map 有相當大的效能優勢。這主要是因為 std::unordered_map 可以直接定址值,因為它們被放置在插槽中,因此沒有需要保留的順序。

另一方面,std::map 有一個需要保留的順序;因此,它會消耗更多時間。對於小型資料集,這種效率可能不可見,但對於大型資料集,這種差異是巨大的。

std::unordered_map 可用於從資料集中訪問單個元素或在不需要順序時保持元素計數。

std::map 也確實比 std::unordered_map 有一些優勢。通常,BST 可以比雜湊表更快地實現,我們可以用我們喜歡的方式來實現,但是對於雜湊,我們需要嚴重依賴庫。

因此,與 std::unordered_map 相比,std::map 可以輕鬆實現。此外,在排序方面,在 std::map 中對鍵進行排序比在 std::unordered_map 中排序要容易得多,因為 inorder traversing 不是雜湊表的自然操作,而是適用於 BST。

std::map 可用於按排序順序列印資料等情況,其中需要對資料進行排序以進行搜尋查詢、排序統計等。

std::mapstd::unordered_map 都有某些相似之處和不同之處,可以根據當時的需要進行操作。

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Nimesha is a Full-stack Software Engineer for more than five years, he loves technology, as technology has the power to solve our many problems within just a minute. He have been contributing to various projects over the last 5+ years and working with almost all the so-called 03 tiers(DB, M-Tier, and Client). Recently, he has started working with DevOps technologies such as Azure administration, Kubernetes, Terraform automation, and Bash scripting as well.