数据结构 -- 哈希表
哈希表（Hash Table）核心概念
定义：一种支持高效存储与查找的数据结构，目标查找复杂度为 O(1)∼O(lgN) ，通过哈希函数映射数据到存储位置，平衡存储与查询效率。
核心要素：
- 哈希函数（Hash Fun）：
- 作用：将输入的
key（要存储的数据）转换为哈希表的下标，确定数据存储位置。 - 要求：计算快捷（降低时间开销）、地址分布均匀（减少冲突概率）。
- 示例（数字场景）：常用求余运算（如
key % 哈希表长度）。
- 作用：将输入的
- 哈希表（Hash Table）：存储数据的连续空间，通过哈希函数映射的下标访问，是哈希逻辑的载体。
- 哈希函数（Hash Fun）：
冲突（Collision）：不同
key经哈希函数计算得到相同下标（即fun(key1) == fun(key2)），需通过探测策略解决。常见探测方式：探测策略 描述 示例探测序列（假设基础下标为 i）线性探测 按顺序遍历后续下标 i+1, i+2, i+3, ...（或循环回表首）二次探测 按 “平方级偏移” 遍历下标 i+1, i-1, i+2, i-2, ...（避免连续扎堆）随机探测 用随机数生成偏移量 i + rand()（依赖随机算法，分布更灵活）
关键逻辑梳理
- 存储流程：
数据 → 哈希函数计算下标 → 若下标位置空闲，直接存储；若冲突，按探测策略找新位置存储。 - 查找流程：
目标key→ 哈希函数计算下标 → 比对数据，若匹配则命中；若不匹配，按探测策略遍历查找（或判定不存在）。 - 设计权衡：
- 哈希函数越简单、分布越均匀，存储 / 查询效率越高，但冲突仍难完全避免。
探测策略影响冲突解决效率：线性探测实现简单但易引发 “聚集”；二次 / 随机探测可分散冲突，却增加实现复杂度。
实现函数
#include <stdio.h> // 标准输入输出库，用于printf等函数
#include <stdlib.h> // 标准库，用于malloc、free等内存管理函数
#include <string.h> // 字符串处理库，用于memcpy等内存拷贝函数// 定义哈希表存储的数据类型为int
typedef int DATATYPE;// 哈希表结构体定义
typedef struct
{DATATYPE* head; // 指向哈希表数组的首地址int tlen; // 哈希表的长度（数组大小）
} HS_Table;/*** @brief 创建哈希表* * @param len 哈希表的长度* @return HS_Table* 成功返回哈希表指针，失败返回NULL*/
HS_Table* CreateHsTable(int len)
{// 为哈希表结构体分配内存HS_Table* hs = malloc(sizeof(HS_Table));if (NULL == hs) // 内存分配失败检查{perror("CreateHsTable malloc1"); // 打印错误信息return NULL;}// 为哈希表数组分配内存hs->head = malloc(sizeof(DATATYPE) * len);if (NULL == hs->head) // 内存分配失败检查{perror("CreateHsTable malloc2"); // 打印错误信息free(hs); // 释放已分配的结构体内存，防止内存泄漏return NULL;}hs->tlen = len; // 设置哈希表长度// 初始化哈希表，将所有元素设为-1（表示该位置为空）int i = 0;for (i = 0; i < len; i++){hs->head[i] = -1;}return hs; // 返回创建好的哈希表
}/*** @brief 哈希函数：根据需要存储的数据计算下标* 设计原则：1.计算过程尽可能简单 2.使下标均匀分布* * @param h 哈希表指针* @param data 需要计算下标的数据* @return int 计算得到的下标*/
int HS_Fun(HS_Table* h, DATATYPE* data)
{// 使用取模运算作为哈希函数，data对哈希表长度取模return *data % h->tlen;
}/*** @brief 向哈希表中插入数据* * @param h 哈希表指针* @param data 要插入的数据* @return int 0表示成功*/
int HS_Insert(HS_Table* h, DATATYPE* data)
{// 计算数据应插入的初始位置int ind = HS_Fun(h, data);// 处理哈希冲突：当计算的位置已有数据时，使用线性探测法寻找下一个空位置// 线性探测法：如果当前位置被占用，则检查下一个位置，直到找到空位置while (-1 != h->head[ind]) // -1表示位置为空{printf("data:%d ind:%d 发生冲突\n", *data, ind); // 打印冲突信息ind = (ind + 1) % h->tlen; // 计算下一个位置，循环到表的开始}// 将数据插入到找到的空位置memcpy(&h->head[ind], data, sizeof(DATATYPE));return 0; // 插入成功
}/*** @brief 在哈希表中查找数据* * @param h 哈希表指针* @param data 要查找的数据* @return int 找到返回数据所在下标，未找到返回-1*/
int HS_Search(HS_Table* h, DATATYPE* data)
{// 计算数据可能存在的初始位置int ind = HS_Fun(h, data);int old_ind = ind; // 保存初始位置，用于判断是否遍历完整个表//由于哈希表是 “循环数组”（通过% h->tlen实现循环），需要一个 “起点标记” 来判断是否已经遍历了整个哈希表。old_ind就是这个起点，当后续查找绕回old_ind时，说明所有位置都已检查过// 查找数据，处理可能的哈希冲突while (*data != h->head[ind]) //// 若当前位置不是目标数据，继续查找{ind = (ind + 1) % h->tlen; // 检查下一个位置// 如果回到初始位置，说明整个表已遍历完毕且未找到数据if (ind == old_ind){return -1; // 未找到}}return ind; // 找到数据，返回下标
}// 哈希表销毁函数声明（未实现）
int HS_Destroy(HS_Table* h);/*** @brief 主函数：演示哈希表的创建、插入和查找操作*/
int main(int argc, char** argv)
{// 创建长度为12的哈希表HS_Table* hs = CreateHsTable(12);// 准备要插入的数据int array[12] = {12, 67, 56, 16, 25, 37, 22, 29, 15, 47, 48, 34};// 将数据插入哈希表int i = 0;for (i = 0; i < 12; i++){HS_Insert(hs, &array[i]);}// 在哈希表中查找数据12int want_num = 12;int ret = HS_Search(hs, &want_num);if (-1 == ret){printf("未找到 %d\n", want_num);}else{printf("找到 %d，位于下标 %d\n", want_num, ret);}// 注意：此处缺少哈希表的销毁操作，实际应用中应调用HS_Destroy释放内存return 0;
}
