Linux glib库hash表GHashTable介绍
GHashTable
- 1 简单使用
- 2 原理分析
- 3 思考总结
1 简单使用
hash表是一种提供key-value访问的数据结构，通过指定的key值可以快速的访问到与它相关联的value值。hash表的一种典型用法就是字典，通过单词的首字母能够快速的找到单词。
要使用一个hash表首先必须创建它，glib库里有两个函数可以用于创建hash表，分别是g_hash_table_new()和g_hash_table_new_full()，它们的原型如下：
GHashTable *g_hash_table_new(GHashFunc hash_func, GEqualFunc key_equal_func);GHashTable* g_hash_table_new_full(GHashFunc hash_func,GEqualFunc key_equal_func,GDestroyNotify key_destroy_func,GDestroyNotify value_destroy_func);
其中hash_func是一个函数，它为key创建一个hash值；key_equal_func用于比较两个key是否相等；
key_destroy_func当你从hash表里删除、销毁一个条目时，glib库会自动调用它释放key所占用的内存空间，这对于key是动态分配内存的hash表来说非常有用；
value_destroy_func的作用与key_destroy_func相似，
只是它释放的是value占用的内存空间。
下面以一段代码来演示glib库中hash表的基本用法:
/***************************************************************************file: g_hash.cdesc: 这个文件用于演示glib库中hash表的用法compile: gcc -o g_hash g_hash.c `pkg-config --cflags --libs glib-2.0`***************************************************************************/#include <glib.h>void print_key_value(gpointer key, gpointer value, gpointer user_data);void display_hash_table(GHashTable *table);void free_key(gpointer data);void free_value(gpointer value);void print_key_value(gpointer key, gpointer value, gpointer user_data){printf("%s ---> %s/n", key, value);}void display_hash_table(GHashTable *table){g_hash_table_foreach(table, print_key_value, NULL);}void free_key(gpointer data){printf("We free key: %s /n", data);free(data);}void free_value(gpointer data){printf("We free value: %s /n", data);free(data);}int main(int argc, char *argv[]){GHashTable *table = NULL;table = g_hash_table_new(g_str_hash, g_str_equal);g_hash_table_insert(table, "k", "one");g_hash_table_insert(table, "k", "two");g_hash_table_insert(table, "k", "three");g_hash_table_insert(table, "k", "four");g_hash_table_insert(table, "k", "five");display_hash_table(table);printf("Size of hash table: %d /n", g_hash_table_size(table));printf("Before replace: 3 ---> %s /n", g_hash_table_lookup(table, "k"));g_hash_table_replace(table, "k", "third");printf("After replace: 3 ---> %s /n", g_hash_table_lookup(table, "k"));g_hash_table_remove(table, "k");display_hash_table(table);printf("Now size of hash table: %d /n", g_hash_table_size(table));g_hash_table_destroy(table);table = g_hash_table_new_full(g_str_hash, g_str_equal, free_key, free_value);g_hash_table_insert(table, strdup("one"), strdup("first"));g_hash_table_insert(table, strdup("two"), strdup("second"));g_hash_table_insert(table, strdup("three"), strdup("third"));printf("Remove an item from hash table: /n");g_hash_table_remove(table, "two");printf("Destroy hash table: /n");g_hash_table_destroy(table);return ;}
输出如图：
2 原理分析
GLIBC中HASH表处理冲突的方式是哈希算法的“开放定址”法。
我们先来看一下GHashTable的结构：
struct _GHashTable
{gint size;gint mod;guint mask;gint nnodes;gint noccupied; /* nnodes + tombstones */gpointer *keys; //用于存放每一个keyguint *hashes; //用于存放每一个key所对映的hash值gpointer *values; //用于存放每一个key所对映的value//如果有一个key = 'age'，经过计算得到这个key的hash值为431，并且这个key对映的值为22，则这三个数据分别存放在上面三个数组里GHashFunc hash_func;GEqualFunc key_equal_func;gint ref_count;
#ifndef G_DISABLE_ASSERT/** Tracks the structure of the hash table, not its contents: is only* incremented when a node is added or removed (is not incremented* when the key or data of a node is modified).*/int version;
#endifGDestroyNotify key_destroy_func;GDestroyNotify value_destroy_func;
};
看一下hashtable这个数据结构中值得关注的成员：
size：hashtable的大小，即三个数组的大小，这个大小会随着数据的添加而不断变化。初始值为8
mod：hashtable的被除数，glib使用除法散列法来避免冲突。
mask：size - 1
nnodes：总有多少对(key,value)
在调用g_hash_table_new[_full]函数时，hashtable的各个成员被初始化，这个可以查看源代码：
GHashTable*
g_hash_table_new_full (GHashFunc hash_func,GEqualFunc key_equal_func,GDestroyNotify key_destroy_func,GDestroyNotify value_destroy_func)
{GHashTable *hash_table;hash_table = g_slice_new (GHashTable);g_hash_table_set_shift (hash_table, HASH_TABLE_MIN_SHIFT); //将size设为8hash_table->nnodes = 0;hash_table->noccupied = 0;hash_table->hash_func = hash_func ? hash_func : g_direct_hash;hash_table->key_equal_func = key_equal_func;hash_table->ref_count = 1;
#ifndef G_DISABLE_ASSERThash_table->version = 0;
#endifhash_table->key_destroy_func = key_destroy_func;hash_table->value_destroy_func = value_destroy_func;hash_table->keys = g_new0 (gpointer, hash_table->size);hash_table->values = hash_table->keys; hash_table->hashes = g_new0 (guint, hash_table->size);//初始化三个函数return hash_table;
}
在调用g_hash_table_insert时，我们可以看出来glib是如何实现hashtable的。我们先来看看glib是如何实现插入的。
static void
g_hash_table_insert_internal (GHashTable *hash_table,gpointer key,gpointer value,gboolean keep_new_key)
{guint key_hash;guint node_index;g_return_if_fail (hash_table != NULL);node_index = g_hash_table_lookup_node (hash_table, key, &key_hash);g_hash_table_insert_node (hash_table, node_index, key_hash, key, value, keep_new_key, FALSE);
}
上面的代码实现了插入操作，g_hash_table_lookup_node函数接受一个key变量，他会返回这个key相对映的下标，利用这个下标node_index，可以方便的得到这个key对映的value和hash——values[node_index]和hashs[node_index]。如果这是个新的key，那函数就会返回一个现在并没有被使用的下标。然后g_hash_table_insert_node就会将这个hash对(key, value)插入hash表中。
glib实现插入时会对原有的key进行检查，判断这个key是否已经存在了，如果已经存在就更改这个key对映的value，如果没有的话就添加key，hash，value。现在我们可以来看看glib是如何实现g_hash_table_lookup_node函数的。
hash表尽管使用了各种方法做hash函数，但是冲撞总是不可避免的。当我们使用除法散列时，每一个hash值对映的下标为hash%mod，如果一个key的hash值为10，另一个key的hash值为17，而被除数为7的话，这两个key就会发生冲撞。假设10已经插到下标为3（10%7）的数组里了，这时要插入17，我们只能向下查找，如果4的位置是空的，我们就可以插入到4当中了。如此循环，我们一定能找一个空的位置。但是，如果4这个位置已经被11占用后又释放了，我们需要一个标志，即使是释放了，也不能直接设为空，这个标志就是tombstone。
g_hash_table_lookup_node (GHashTable *hash_table,gconstpointer key,guint *hash_return)
{guint node_index;guint node_hash;guint hash_value;guint first_tombstone = 0;gboolean have_tombstone = FALSE;guint step = 0;hash_value = hash_table->hash_func (key);if (G_UNLIKELY (!HASH_IS_REAL (hash_value)))hash_value = 2;*hash_return = hash_value;node_index = hash_value % hash_table->mod; //得到这个hash值对映的下标，比如10%7 =3，则这个下标为3node_hash = hash_table->hashes[node_index]; //取出下标为3的hashs数组中的值，判断他是否被占用了while (!HASH_IS_UNUSED (node_hash)) //当node_hash不等于0时，进入循环{/* We first check if our full hash values* are equal so we can avoid calling the full-blown* key equality function in most cases.*/if (node_hash == hash_value) //当hash值相等时，判断key是否相等，如果相等则返回下标值。{gpointer node_key = hash_table->keys[node_index];if (hash_table->key_equal_func){if (hash_table->key_equal_func (node_key, key))return node_index;}else if (node_key == key){return node_index;}}else if (HASH_IS_TOMBSTONE (node_hash) && !have_tombstone) //当hash值不相等是，判断是否为tombstone{first_tombstone = node_index;have_tombstone = TRUE;}step++;node_index += step;node_index &= hash_table->mask;node_hash = hash_table->hashes[node_index];}if (have_tombstone)return first_tombstone;return node_index;
}
当找到给定的key时，函数返回下标值，如果没有的话，就返回tombstone的位置或者第一个空的位置。
现在我们得到了一个下标值了，我们可以将值插入到hash表中了
static void
g_hash_table_insert_node (GHashTable *hash_table,guint node_index,guint key_hash,gpointer key,gpointer value,gboolean keep_new_key,gboolean reusing_key)
{guint old_hash;gpointer old_key;gpointer old_value;if (G_UNLIKELY (hash_table->keys == hash_table->values && key != value))hash_table->values = g_memdup (hash_table->keys, sizeof (gpointer) * hash_table->size);old_hash = hash_table->hashes[node_index];old_key = hash_table->keys[node_index];old_value = hash_table->values[node_index];if (HASH_IS_REAL (old_hash)) //原hash表中已经被占用了，说明给定的key已经存在在hash表中了{if (keep_new_key)hash_table->keys[node_index] = key;hash_table->values[node_index] = value;}else{hash_table->keys[node_index] = key;hash_table->values[node_index] = value;hash_table->hashes[node_index] = key_hash;hash_table->nnodes++;if (HASH_IS_UNUSED (old_hash)){/* We replaced an empty node, and not a tombstone */hash_table->noccupied++;g_hash_table_maybe_resize (hash_table);}#ifndef G_DISABLE_ASSERThash_table->version++;
#endif}if (HASH_IS_REAL (old_hash)){if (hash_table->key_destroy_func && !reusing_key)hash_table->key_destroy_func (keep_new_key ? old_key : key);if (hash_table->value_destroy_func)hash_table->value_destroy_func (old_value);}
}
上面的代码比较容易理解，就是先判断key是否已经存在了，如果存在就替换到他所对映的value。如果不存在就添加这对(key,value)。再判断是否需要调整hash表的大小。
3 思考总结
如果诸位兄台想了解glibc中HASH详细介绍的还是看Bean_lee兄的相关介绍，http://blog.chinaunix.net/uid-24774106-id-3605760.html分析得相当到位！
对API感兴趣的可以去此处https://developer.gnome.org/glib/unstable/glib-Hash-Tables.html#g-hash-table-unref，
对源码看兴趣的可以去此处http://ftp.gnome.org/pub/GNOME/sources/glib/
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