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std::hash<T>
的用途std::hash<T>
是C++11提供的一元函数模板,用于向标准库提供返回数据类型T哈希值(hash value)的哈希函数(hash function)。
std::hash<T>
只是定义了一个一元操作符operator()
,接受一个T类型的参数,返回一个size_t
类型的哈希值,
C++11为所有基本类型(basic types)都提供了特例化实现:
C++11标准库定义的类型也提供都有提供特例化实现:
std::hash<T>
特化但是自定义的类型需要程序员自己定义std::hash<T>
的特例化实现
比如下面代码就为自定义类型struct S
提供 了std::hash<S>
特例化实现
struct S
{
std::string first_name;
std::string last_name;
};
/* 为S提供 std::hash<T>特例化实现 */
namespace std
{
template<>
struct hash<S>
{
typedef S argument_type;
typedef std::size_t result_type;
result_type operator()(argument_type const& s) const
{
result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );
result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );
return h1 ^ (h2 << 1);
}
};
}
为自定义类型提供std::hash<T>
特例化有什么用呢?
比如,如果你要使用上面的自定义类型struct S
作为std::unorderd_map的key,就必须为模板类提供Hash参数,也就是提供key的hash函数。下面是std::unorderd_map
的模板定义。
template < class Key, // unordered_map::key_type
class T, // unordered_map::mapped_type
class Hash = hash<Key>, // unordered_map::hasher
class Pred = equal_to<Key>, // unordered_map::key_equal
class Alloc = allocator< pair<const Key,T> > // unordered_map::allocator_type
> class unordered_map;
我们一般像下面这样使用unordered_map
,不用提供Hash 参数,是因为对于string
,STL已经提供了string
的std::hash<T>
特例化实现
std::unordered_map<string,string> map;
有时在项目中有多个自定义类型需要提供std::hash<T>
特例化实现,为每个类型写一个特例化实现也挺烦的。
那么可以考虑提供一个hash函数的通用实现,并在编译期通过模板函数自动判断类型是否有std::hash<T>
的特例实现,如果有就使用T自己的特例化实现,如果没有就使用通用的hash函数实现,下面是实现代码,详细说明见代码中注释:
#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>
#include <type_traits>
#include <unordered_map>
using namespace std;
/* TT没有std::hash<TT>特例化实现 */
struct TT{
const int t1=18354;
};
struct S
{
std::string first_name;
std::string last_name;
};
/* 为S提供 std::hash<T>特例化实现 */
namespace std
{
template<>
struct hash<S>
{
typedef S argument_type;
typedef std::size_t result_type;
result_type operator()(argument_type const& s) const
{
result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );
result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );
return h1 ^ (h2 << 1);
}
};
}
/* 返回获取hash值的一元函数实现,
* 如果T有std::hash<T>特例实现返回std::hash<T>,否则提供缺省的hash实现
*/
template<typename T>
struct hash_fn{
/* 缺省的hash实现 */
struct default_hash {
typedef T argument_type;
typedef std::size_t result_type;
result_type operator()(argument_type const& t) const noexcept {
auto obj_size=sizeof(t);
uint64_t hashcode = 0;
uint64_t *p = (uint64_t*) std::addressof(t);
uint64_t *const u = p + obj_size/sizeof(uint64_t);
const int tail=obj_size % sizeof(uint64_t);
const int shift = (sizeof(uint64_t) - sizeof(uint32_t)) << 3;
//BKDRHash
uint64_t seed = 131; // 31 131 1313 13131 131313 etc..
for (; p < u; p ++) hashcode = hashcode * seed + *p;
if (tail)
#if defined( _MSC_VER) || (defined(__GNUC__) && __BYTE_ORDER__ ==__ORDER_LITTLE_ENDIAN__)
hashcode = hashcode * seed+ ((*p) &((1ULL<<(tail << 3))-1));// 小端模式
#elif defined(__GNUC__) && __BYTE_ORDER__ ==__ORDER_BIG_ENDIAN__
hashcode = hashcode * seed+ ((*p) >> ((sizeof(uint64_t) - tail) << 3)); // 大端模式
#else
#error unexpected c complier (msc/gcc)
#endif
return (result_type) hashcode;
}
};
/* SFINAE 判断T有没有std::hash<T>特例实现 */
template<typename U> static std::hash<U> test(decltype(declval<std::hash<U>>().operator()(declval<U>())));
template<typename U> static default_hash test(...);
//如果T没有std::hash<T>特例化实现,则type的类型为default_hash
//否则type类型为std::hash<T>
using type =decltype(test<T>(0));
type fn;
};
int main()
{
S s;
s.first_name = "Bender";
s.last_name = "Rodriguez";
cout<<hash_fn<TT>().fn(TT())<<endl;
cout<<hash_fn<S>().fn(s)<<endl;
//S有std::hash<S>特例实现,无需指定std::unordered_map的Hash参数
std::unordered_map<S,string> map_s;
//TT没有std::hash<TT>实现,将hash_fn<TT>的计算结果作为Hash参数,
//hash_fn<TT>::type会自动选择缺省的哈希实现
std::unordered_map<TT,string,typename hash_fn<TT>::type> map_tt;
}
std::hash<T>
是否实现的元函数另外,还可以单独写一个元函数来判断类型T是否有std::hash<T>
特例
#include <iostream>
#include <functional>
#include <string>
#include <type_traits>
/* 判断有没有std::hash<T>实现 */
template <typename T>
struct has_hash_specific{
template<typename U> static auto test(int)-> decltype(declval<std::hash<U>>().operator()(declval<U>()));
template<typename U> static void test(...);
enum{value=!std::is_void<decltype(test<T>(0))>::value};
//通过判断test<T>(0)返回值是否为void来判断是否有hash<T>特例
};
struct TT{
const int t1=18354;
};
struct S
{
std::string first_name;
std::string last_name;
};
namespace std
{
template<>
struct hash<S>
{
typedef S argument_type;
typedef std::size_t result_type;
result_type operator()(argument_type const& s) const
{
result_type const h1 ( std::hash<std::string>()(s.first_name) );
result_type const h2 ( std::hash<std::string>()(s.last_name) );
return h1 ^ (h2 << 1);
}
};
}
int main()
{
S s;
s.first_name = "Bender";
s.last_name = "Rodriguez";
cout<<"has_hash_spec<S>"<<has_hash_specific<S>::value<<endl;
cout<<"has_hash_spec<int>"<<has_hash_specific<int>::value<<endl;
cout<<"has_hash_spec<uint64_t>"<<has_hash_specific<uint64_t>::value<<endl;
cout<<"has_hash_spec<TT>"<<has_hash_specific<TT>::value<<endl;
}
运行结果
has_hash_spec<S>1
has_hash_spec<int>1
has_hash_spec<uint64_t>1
has_hash_spec<TT>0
default_hash其实只能用于成员为基本类型的class/union/struct,对于包含复杂对象的类型还是需要提供std::hash<T>
特例化实现