hello-algo/zh-hant/codes/c/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.c

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C
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2024-04-06 02:30:11 +08:00
/**
* File: hash_map_open_addressing.c
* Created Time: 2023-10-6
* Author: lclc6 (w1929522410@163.com)
*/
#include "../utils/common.h"
/* 開放定址雜湊表 */
typedef struct {
int key;
char *val;
} Pair;
/* 開放定址雜湊表 */
typedef struct {
int size; // 鍵值對數量
int capacity; // 雜湊表容量
double loadThres; // 觸發擴容的負載因子閾值
int extendRatio; // 擴容倍數
Pair **buckets; // 桶陣列
Pair *TOMBSTONE; // 刪除標記
} HashMapOpenAddressing;
// 函式宣告
void extend(HashMapOpenAddressing *hashMap);
/* 建構子 */
HashMapOpenAddressing *newHashMapOpenAddressing() {
HashMapOpenAddressing *hashMap = (HashMapOpenAddressing *)malloc(sizeof(HashMapOpenAddressing));
hashMap->size = 0;
hashMap->capacity = 4;
hashMap->loadThres = 2.0 / 3.0;
hashMap->extendRatio = 2;
hashMap->buckets = (Pair **)calloc(hashMap->capacity, sizeof(Pair *));
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hashMap->TOMBSTONE = (Pair *)malloc(sizeof(Pair));
hashMap->TOMBSTONE->key = -1;
hashMap->TOMBSTONE->val = "-1";
return hashMap;
}
/* 析構函式 */
void delHashMapOpenAddressing(HashMapOpenAddressing *hashMap) {
for (int i = 0; i < hashMap->capacity; i++) {
Pair *pair = hashMap->buckets[i];
if (pair != NULL && pair != hashMap->TOMBSTONE) {
free(pair->val);
free(pair);
}
}
free(hashMap->buckets);
free(hashMap->TOMBSTONE);
free(hashMap);
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}
/* 雜湊函式 */
int hashFunc(HashMapOpenAddressing *hashMap, int key) {
return key % hashMap->capacity;
}
/* 負載因子 */
double loadFactor(HashMapOpenAddressing *hashMap) {
return (double)hashMap->size / (double)hashMap->capacity;
}
/* 搜尋 key 對應的桶索引 */
int findBucket(HashMapOpenAddressing *hashMap, int key) {
int index = hashFunc(hashMap, key);
int firstTombstone = -1;
// 線性探查,當遇到空桶時跳出
while (hashMap->buckets[index] != NULL) {
// 若遇到 key ,返回對應的桶索引
if (hashMap->buckets[index]->key == key) {
// 若之前遇到了刪除標記,則將鍵值對移動至該索引處
if (firstTombstone != -1) {
hashMap->buckets[firstTombstone] = hashMap->buckets[index];
hashMap->buckets[index] = hashMap->TOMBSTONE;
return firstTombstone; // 返回移動後的桶索引
}
return index; // 返回桶索引
}
// 記錄遇到的首個刪除標記
if (firstTombstone == -1 && hashMap->buckets[index] == hashMap->TOMBSTONE) {
firstTombstone = index;
}
// 計算桶索引,越過尾部則返回頭部
index = (index + 1) % hashMap->capacity;
}
// 若 key 不存在,則返回新增點的索引
return firstTombstone == -1 ? index : firstTombstone;
}
/* 查詢操作 */
char *get(HashMapOpenAddressing *hashMap, int key) {
// 搜尋 key 對應的桶索引
int index = findBucket(hashMap, key);
// 若找到鍵值對,則返回對應 val
if (hashMap->buckets[index] != NULL && hashMap->buckets[index] != hashMap->TOMBSTONE) {
return hashMap->buckets[index]->val;
}
// 若鍵值對不存在,則返回空字串
return "";
}
/* 新增操作 */
void put(HashMapOpenAddressing *hashMap, int key, char *val) {
// 當負載因子超過閾值時,執行擴容
if (loadFactor(hashMap) > hashMap->loadThres) {
extend(hashMap);
}
// 搜尋 key 對應的桶索引
int index = findBucket(hashMap, key);
// 若找到鍵值對,則覆蓋 val 並返回
if (hashMap->buckets[index] != NULL && hashMap->buckets[index] != hashMap->TOMBSTONE) {
free(hashMap->buckets[index]->val);
hashMap->buckets[index]->val = (char *)malloc(sizeof(strlen(val) + 1));
strcpy(hashMap->buckets[index]->val, val);
hashMap->buckets[index]->val[strlen(val)] = '\0';
return;
}
// 若鍵值對不存在,則新增該鍵值對
Pair *pair = (Pair *)malloc(sizeof(Pair));
pair->key = key;
pair->val = (char *)malloc(sizeof(strlen(val) + 1));
strcpy(pair->val, val);
pair->val[strlen(val)] = '\0';
hashMap->buckets[index] = pair;
hashMap->size++;
}
/* 刪除操作 */
void removeItem(HashMapOpenAddressing *hashMap, int key) {
// 搜尋 key 對應的桶索引
int index = findBucket(hashMap, key);
// 若找到鍵值對,則用刪除標記覆蓋它
if (hashMap->buckets[index] != NULL && hashMap->buckets[index] != hashMap->TOMBSTONE) {
Pair *pair = hashMap->buckets[index];
free(pair->val);
free(pair);
hashMap->buckets[index] = hashMap->TOMBSTONE;
hashMap->size--;
}
}
/* 擴容雜湊表 */
void extend(HashMapOpenAddressing *hashMap) {
// 暫存原雜湊表
Pair **bucketsTmp = hashMap->buckets;
int oldCapacity = hashMap->capacity;
// 初始化擴容後的新雜湊表
hashMap->capacity *= hashMap->extendRatio;
hashMap->buckets = (Pair **)calloc(hashMap->capacity, sizeof(Pair *));
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hashMap->size = 0;
// 將鍵值對從原雜湊表搬運至新雜湊表
for (int i = 0; i < oldCapacity; i++) {
Pair *pair = bucketsTmp[i];
if (pair != NULL && pair != hashMap->TOMBSTONE) {
put(hashMap, pair->key, pair->val);
free(pair->val);
free(pair);
}
}
free(bucketsTmp);
}
/* 列印雜湊表 */
void print(HashMapOpenAddressing *hashMap) {
for (int i = 0; i < hashMap->capacity; i++) {
Pair *pair = hashMap->buckets[i];
if (pair == NULL) {
printf("NULL\n");
} else if (pair == hashMap->TOMBSTONE) {
printf("TOMBSTONE\n");
} else {
printf("%d -> %s\n", pair->key, pair->val);
}
}
}
/* Driver Code */
int main() {
// 初始化雜湊表
HashMapOpenAddressing *hashmap = newHashMapOpenAddressing();
// 新增操作
// 在雜湊表中新增鍵值對 (key, val)
put(hashmap, 12836, "小哈");
put(hashmap, 15937, "小囉");
put(hashmap, 16750, "小算");
put(hashmap, 13276, "小法");
put(hashmap, 10583, "小鴨");
printf("\n新增完成後,雜湊表為\nKey -> Value\n");
print(hashmap);
// 查詢操作
// 向雜湊表中輸入鍵 key ,得到值 val
char *name = get(hashmap, 13276);
printf("\n輸入學號 13276 ,查詢到姓名 %s\n", name);
// 刪除操作
// 在雜湊表中刪除鍵值對 (key, val)
removeItem(hashmap, 16750);
printf("\n刪除 16750 後,雜湊表為\nKey -> Value\n");
print(hashmap);
// 銷燬雜湊表
delHashMapOpenAddressing(hashmap);
return 0;
}