C语言哈希算法详解（从零开始构建自己的哈希库）

为什么需要自己实现哈希库？

虽然现代C++有std::unordered_map，Python有dict，但C语言标准库中并没有内置的哈希表。因此，在嵌入式系统、操作系统开发或性能敏感的场景中，开发者常常需要自己实现一个轻量级、高效的哈希表实现。这也是学习底层原理的好机会！

设计一个简单的哈希库

我们将实现以下功能：

• 创建哈希表
• 插入键值对
• 根据键查找值
• 释放内存

1. 定义数据结构

首先，我们需要定义链表节点（用于处理哈希冲突）和哈希表本身：

// 哈希节点结构体typedef struct HashNode {    char* key;    int value;    struct HashNode* next;} HashNode;// 哈希表结构体typedef struct {    HashNode** buckets;  // 桶数组（指针数组）    int size;            // 桶的数量} HashTable;

2. 实现哈希函数

这里我们使用经典的djb2哈希算法，它简单高效：

unsigned int hash_function(const char* key, int table_size) {    unsigned long hash = 5381;    int c;    while ((c = *key++)) {        hash = ((hash << 5) + hash) + c; // hash * 33 + c    }    return hash % table_size;}

3. 初始化哈希表

HashTable* create_hash_table(int size) {    HashTable* table = (HashTable*)malloc(sizeof(HashTable));    table->size = size;    table->buckets = (HashNode**)calloc(size, sizeof(HashNode*));    return table;}

4. 插入键值对

void insert(HashTable* table, const char* key, int value) {    unsigned int index = hash_function(key, table->size);        // 检查是否已存在该key    HashNode* current = table->buckets[index];    while (current) {        if (strcmp(current->key, key) == 0) {            current->value = value; // 更新值            return;        }        current = current->next;    }        // 创建新节点    HashNode* new_node = (HashNode*)malloc(sizeof(HashNode));    new_node->key = strdup(key);    new_node->value = value;    new_node->next = table->buckets[index];    table->buckets[index] = new_node;}

5. 查找值

int search(HashTable* table, const char* key) {    unsigned int index = hash_function(key, table->size);    HashNode* current = table->buckets[index];        while (current) {        if (strcmp(current->key, key) == 0) {            return current->value;        }        current = current->next;    }        // 未找到，可返回错误码或抛出异常（此处简化）    printf("Key not found: %s\n", key);    return -1; // 假设-1表示未找到}

6. 释放内存

void free_hash_table(HashTable* table) {    for (int i = 0; i < table->size; i++) {        HashNode* current = table->buckets[i];        while (current) {            HashNode* temp = current;            current = current->next;            free(temp->key);            free(temp);        }    }    free(table->buckets);    free(table);}

完整使用示例

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>// ... 上述所有函数和结构体定义 ...int main() {    HashTable* ht = create_hash_table(10);        insert(ht, "apple", 10);    insert(ht, "banana", 20);    insert(ht, "cherry", 30);        printf("apple: %d\n", search(ht, "apple"));   // 输出: 10    printf("banana: %d\n", search(ht, "banana")); // 输出: 20        free_hash_table(ht);    return 0;}

进阶建议

以上是一个最基础的哈希函数教程实现。在实际项目中，你可能还需要考虑：

• 动态扩容（当负载因子过高时）
• 更复杂的冲突解决策略（如开放寻址法）
• 支持任意类型的键和值（使用void*）
• 线程安全

总结

通过本教程，你已经掌握了如何从零开始构建一个简单的C语言哈希库。理解C语言哈希算法不仅能提升你的编程能力，还能帮助你在面试和实际项目中游刃有余。记住，实践是最好的老师——尝试扩展这个库，加入更多功能吧！

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