Wie wird std::unordered_map in C implementiert?

Wie std::unordered_map implementiert wird

Einführung

Verstehen der internen Funktionsweise von Daten Strukturen sind entscheidend für die Leistungsoptimierung und das Verständnis ihres Verhaltens. Ziel dieses Artikels ist es, Licht auf die Implementierungsdetails von std::unordered_map zu werfen, einer grundlegenden Komponente der Standardbibliothek von C.

Designübersicht

Entgegen allgemeiner Annahmen , std::unordered_map verwendet keinen rein verknüpften Listenansatz für die Kollisionsbehandlung. Stattdessen wird ein Hybriddesign verwendet, das als „geschlossenes Hashing“ oder „offene Adressierung“ bekannt ist. Diese Technik weist ein Array von Buckets zu und prüft bei einer Kollision verschiedene Orte innerhalb des Arrays basierend auf einer Hash-Funktion.

Kollisionsbehandlung

Das Verhalten von std: :unordered_map wird durch zwei Parameter definiert: Bucket_count und max_load_factor. Der Bucket_Count definiert die Array-Größe, während der Max_Load_Factor, standardmäßig 1,0, das maximale Verhältnis der gespeicherten Elemente zur Bucket-Anzahl angibt, bevor die Größe der Tabelle geändert werden muss.

Um die Gültigkeit von Iteratoren beim Einfügen oder Löschen von Elementen sicherzustellen, std::unordered_map muss das Array von Buckets behalten. Diese Anforderung macht die Verwendung von geschlossenem Hashing, bei dem Kollisionen durch die Untersuchung verschiedener Array-Standorte gelöst werden, unumgänglich.

Rehashing und Größenänderung

Um eine optimale Leistung aufrechtzuerhalten, std:: unordered_map verteilt seine Elemente immer dann in ein neues Array von Buckets, wenn der Ladefaktor max_load_factor überschreitet. Dieser als Rehashing bezeichnete Vorgang wird durch einen Einfügevorgang ausgelöst, wenn der Lastfaktor zu hoch wird. Die Größe des neuen Arrays ist normalerweise doppelt so groß wie die des vorherigen.

Auswirkungen auf die Leistung

Während der offene Hashing-Ansatz ein pragmatischer Kompromiss für den allgemeinen Gebrauch ist, ist er ist möglicherweise nicht für alle Szenarien die effizienteste Lösung. In Fällen, in denen Kollisionen selten sind und die Daten klein sind, kann eine geschlossene Adressierung mit einem Sentinel-Wert für nicht verwendete Buckets und einer robusten Hash-Funktion die Leistung erheblich verbessern und den Speicherverbrauch reduzieren.

Fazit

Das Verständnis der Implementierungsnuancen von std::unordered_map ermöglicht es Entwicklern, das volle Potenzial auszuschöpfen. Durch die Würdigung seines Hybriddesigns und Kollisionsbehandlungsmechanismus wird deutlich, warum die Wahl der Hash-Funktion und der erwarteten Lasteigenschaften eine entscheidende Rolle bei der Optimierung von Leistung und Effizienz spielen.

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