数据结构---哈希表的C语言实现

   构造一种存储结构，通过某种函数(hashFunc)使元素的存储位置与它的关键码之间能够建立一一映射的关系，那么在查找时通过该函数可以很快找到该元素。说到哈希表，，首先就得说到哈希函数，哈希函数是用来得到给定key值的在哈希表中的存储位置的。哈希函数也并不是固定的，可以自己根据情况来定，一般常用常见的有直接定制法，除留余数法，平方取中法，折叠法，随机数法，数学分析法。当向该结构插入元素时，存入根据关键码以此函数计算出的位置，当搜索时，也是先要将给定的关键码用函数转换成存储位置进行查找，将得到位置处的元素进行比较，若关键码相同，则搜索成功。但是通过一个哈希函数得到的位置，一定是会有冲突的，例如用除留余数法，哈希函数为key/100。在此情况下数字1与数字101得到的存储位置就是相同的，这样就是哈希冲突，  哈希冲突一般有两种解决方式，一种是闭散列，另一种是开散列。闭散列（开放地址法）：当发生哈希冲突时，如果哈希表未被装满，说明在哈希表中还有空位，那就可以把key值存放到了列表的下一个空位。开散列（链地址法）：首先对关键码集合用哈希函数计算哈希表中的偏移位置，具有相同地址的关键码归于同一子集合，每一个子集合称为一个桶，各个桶中的元素通过一个单链表链接起来，各链表的头结点存储在哈希表中。

以下是闭散列实现的哈希表：
闭散列就是用哈希函数将每个值的所对应的下标算出，将每一个元素放入哈希表对应的下标元素中，若出现冲突则将当前的值放入算出的位置的下一个空位中。
例如下图中，假设使用的哈希函数是用除留余数法，用需要插入的数组为arr={1，2，101，102，6}，哈希表的最大长度为100，则1对应的下标就为1，2的下标就是2，这时出现了101，101的位置算出来也是1，这样它就与1发生了哈希冲突，101就需要继续向后寻找空位，找到下标为3的地方，只要插入的元素数量没有超过哈希表的负载，就能一直往哈希表中插入元素，如果当找到最后一个元素还没有找到空位，则需要将其下标设置为1，再继续进行寻找知道找到第一个空位。

哈希表的头文件：

#pragma once
#define HashMaxSize 1000    //宏定义哈希表的最大容量
#define LoadFactor 0.8       //宏定义负载因子，用于表示哈希表的负载能力。typedef int KeyType;
typedef int ValueType;
typedef size_t(*HashFunc)(KeyType key);     //重定义哈希函数typedef enum Stat     //用于表示每个元素的状态
{Empty,     //空，当前没有值Valid,     //有效，当前的值有效Invalid    //非空但无效，表示当前结点被删除
}Stat;typedef struct HashElem      //哈希表的元素结构体
{KeyType key;ValueType value;Stat stat;
}HashElem;typedef struct HashTable              //哈希表
{HashElem data[HashMaxSize];size_t size;                 //当前有效的元素个数HashFunc hashfunc;
}HashTable;///////////////////////////哈希表的相关操作///////////////////////////////////////
void HashTableInit(HashTable* ht,HashFunc hashfunc);int HashTableInsert(HashTable* ht, KeyType key, ValueType value);//哈希表的查找，找到返回1，并返回这个结点的value值，未找到返回0
int HashTableFind(HashTable* ht, KeyType key,ValueType* value,size_t* cur);//删除值为key的结点
void HashRemove(HashTable* ht, KeyType key);///判断哈希表是否为空
int HashEmpty(HashTable* ht);//求哈希表的大小
size_t HashSize(HashTable* ht);//销毁哈希表
void HashTableDestroy(HashTable* ht);

下面是对各类功能的实现：

size_t HashFuncDefault(KeyType key)
{return key%HashMaxSize;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void HashTableInit(HashTable* ht)
{if (ht == NULL)    //非法输入return;ht->size = 0;ht->hashfunc = HashFuncDefault;for (size_t i = 0; i < HashMaxSize; i++){ht->data[i].key = 0;ht->data[i].stat = Empty;ht->data[i].value = 0;}
}
//哈希表的插入 ,插入成功返回1，插入失败返回0
int HashTableInsert(HashTable* ht, KeyType key, ValueType value)
{if (ht == NULL)return 0;if (ht->size >= HashMaxSize*LoadFactor)   //当哈希表的size超出了负载return 0;//1.先根据哈希函数将key转换，求得key在哈希表中的下标size_t cur = ht->hashfunc(key);//2.判断当前下标是否被占用while (1){if (ht->data[cur].key == key)     //用于保证不会用重复的数字存入哈希表return 0;if (ht->data[cur].stat != Valid){ht->data[cur].key = key;ht->data[cur].value = value;ht->data[cur].stat = Valid;ht->size++;return 1;}cur++;}
}//哈希表的查找 找到返回1，没找到返回0
int HashTableFind(HashTable* ht, KeyType key, ValueType* value)
{if (ht == NULL)return 0;//通过哈希函数找到key所对应的下标size_t offset=ht->hashfunc(key);//若当前下标所对应的值正好是key并且当前的状态必须为valid才返回if (ht->data[offset].key == key&&ht->data[offset].stat==Valid){*value = ht->data[offset].value;return 1;}//若当前下标所对应的值不是key，则继续向后进行查找，直到找到stat等于emptyelse{while (ht->data[offset].stat != Empty){if (ht->data[offset].key != key){offset++;//判断是否下标已超出最大值if (offset >= HashMaxSize)offset = 0;}else{if (ht->data[offset].stat == Valid){*value = ht->data[offset].value;return 1;}elseoffset++;}}return 0;}
}
//删除节点
int HashTableFindCur(HashTable* ht, KeyType key, size_t* cur)
{if (ht == NULL)return 0;for (size_t i = 0; i < HashMaxSize; i++){if (ht->data[i].key == key && ht->data[i].stat == Valid){*cur = i;return 1;}}return 0;
}
void HashRemove(HashTable* ht, KeyType key)
{if (ht == NULL)  //非法输入return;//先用find函数查找key是否存在ValueType value = 0;size_t cur = 0;                      //得到要删除元素的下标int ret=HashTableFindCur(ht,key,&cur);//通过find函数得到key是否存在在哈希表中if (ret == 0)return;else{ht->data[cur].stat = Invalid;ht->size--;}
}int HashEmpty(HashTable* ht)
{if (ht == NULL)return 0;elsereturn ht->size > 0 ? 1 : 0;
}//求哈希表的大小
size_t HashSize(HashTable* ht)
{if (ht == NULL)return 0;return ht->size->data[i].stat=Empty;//HashElemht->data[i].key = 0;ht->data[i].value = 0;}ht->size = 0;
}void HashPrint(HashTable* ht,const char* msg)         //打印哈希表
{if (ht == NULL || ht->size == 0)return;printf("%s\n", msg);for (size_t i = 0; i < HashMaxSize; i++){if (ht->data[i].stat != Empty)printf("[%d]  key=%d  value=%d  stat=%d\n", i, ht->data[i].key,ht->data[i].value, ht->data[i].stat);}
}

代码测试结果如下：

该文件的测试代码：

#define __TestHead__ printf("\n-----------------------%s--------------------------\n",__FUNCTION__);void testHashTableInsert(HashTable* ht)
{__TestHead__;HashTableInit(ht);HashTableInsert(ht, 1, 1);HashTableInsert(ht, 2, 2);HashTableInsert(ht, 1001, 1001);HashTableInsert(ht, 1002, 1002);HashTableInsert(ht, 10001, 10001);HashTableInsert(ht, 1002, 1002);HashPrint(ht, "插入四个元素");
}void testHashTableFind(HashTable* ht)
{__TestHead__;HashTableInit(ht);HashTableInsert(ht, 1, 1);HashTableInsert(ht, 2, 2);HashTableInsert(ht, 1001, 1001);HashTableInsert(ht, 102, 102);HashTableInsert(ht, 10001, 10001);HashTableInsert(ht, 1002, 1002);ValueType value = 0;int ret = HashTableFind(ht, 1002, &value);printf("ret: expect=1    actual=%d\nvalue: expect=1002    actual=%d\n", ret,value);
}void testHashRemove(HashTable* ht)
{__TestHead__;HashTableInit(ht);HashTableInsert(ht, 1, 1);HashTableInsert(ht, 2, 2);HashTableInsert(ht, 1001, 1001);HashTableInsert(ht, 102, 102);HashTableInsert(ht, 10001, 10001);HashTableInsert(ht, 1002, 1002);HashPrint(ht, "插入完成后");HashRemove(ht, 2);HashPrint(ht, "删除一个元素");HashTableInsert(ht, 100001,100001);HashPrint(ht, "插入一个元素");}void test()
{HashTable ht;HashTableInit(&ht);testHashTableInsert(&ht);testHashTableFind(&ht);testHashRemove(&ht);
}
}

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