重新哈希（rehash）在C++中的应用|极客笔记

重新哈希（rehash）在C++中的应用

什么是重新哈希（rehash）？

在进行哈希（hash）操作的过程中，当哈希表（hash table）中的元素数量超过某个阈值时，会触发重新哈希操作。重新哈希是指重新调整哈希表的大小，并将已有的元素重新分布到新的哈希表中。重新哈希的目的是为了减少哈希冲突，提高哈希表的性能和效率。

在C++中，重新哈希通常会涉及以下几个操作：
1. 创建一个新的、更大的哈希表；
2. 将原哈希表中的元素重新哈希到新的哈希表中；
3. 销毁原哈希表，释放内存。

为什么需要重新哈希？

哈希表的性能与其负载因子（load factor）密切相关，负载因子是指哈希表中已存储元素数量与哈希表总容量的比值。

当负载因子较高时，哈希冲突的概率会增加，导致哈希表的性能下降。因此，为了保持哈希表的高效性能，需要在负载因子达到一定阈值时进行重新哈希操作，将原哈希表中的元素重新分布到新的哈希表中。

重新哈希的实现

下面我们通过一个简单的示例来演示如何实现重新哈希操作。我们先定义一个简单的哈希表结构HashTable，包含了哈希表的一些基本操作，如插入元素、查找元素等。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
using namespace std;

// 哈希表节点结构
struct Node {
    int key;
    int value;
};

// 哈希表结构
class HashTable {
private:
    vector<list<Node>> table;
    int capacity; // 哈希表容量
    int size;     // 哈希表元素数量
    float loadFactor; // 负载因子

    // 哈希函数
    int hashFunc(int key) {
        return key % capacity;
    }

public:
    HashTable(int cap, float factor) : capacity(cap), size(0), loadFactor(factor) {
        table.resize(capacity);
    }

    // 插入键值对
    void insert(int key, int value) {
        int index = hashFunc(key);
        table[index].push_back({key, value});
        size++;

        // 判断是否需要重新哈希
        if ((float)size / capacity > loadFactor) {
            rehash();
        }
    }

    // 根据键查找值
    int get(int key) {
        int index = hashFunc(key);
        for (auto& node : table[index]) {
            if (node.key == key) {
                return node.value;
            }
        }
        return -1; // 未找到
    }

    // 重新哈希操作
    void rehash() {
        int newCapacity = capacity * 2;
        vector<list<Node>> newTable(newCapacity);

        for (int i = 0; i < capacity; i++) {
            for (auto& node : table[i]) {
                int newIndex = node.key % newCapacity;
                newTable[newIndex].push_back(node);
            }
        }

        table = move(newTable);
        capacity = newCapacity;
    }
};

int main() {
    // 创建哈希表
    HashTable ht(5, 0.7);

    // 插入键值对
    ht.insert(1, 10);
    ht.insert(2, 20);
    ht.insert(3, 30);
    ht.insert(4, 40);
    ht.insert(5, 50);

    // 查找值
    cout << ht.get(3) << endl; // 输出 30

    return 0;
}

在上面的示例中，我们先定义了一个简单的哈希表结构HashTable，包含了插入元素、查找元素、重新哈希等操作。当插入元素时，如果当前负载因子超过了阈值，会自动触发重新哈希操作，将原哈希表中的元素重新分布到新的哈希表中。

在rehash方法中，我们首先创建一个容量为原容量两倍的新的哈希表newTable，然后遍历原哈希表中的每个元素，将其重新计算哈希值，并插入到新的哈希表中。最后，将新哈希表赋值给原哈希表，并更新哈希表的容量。