開地址雜湊表（Hash Table）的介面定義與實現分析

開地址雜湊表（Hash Table）的介面定義與實現分析
開地址雜湊函數的介面定義

基本的操作包括：初始化開地址雜湊表、銷毀開地址雜湊表、插入元素、刪除元素、尋找元素、擷取元素個數。

各種操作的定義如下：

ohtbl_init

 int ohtbl_init (OHTbl *htbl, int positions, int (*h1) (const void *key), int (*h2)(const void *key),

                    int (*match)(const void *key1, const void *key2), void (*destroy)(void *data));

傳回值  如果雜湊表初始化成功，返回0；否則返回-1 。

描述  初始化開地址雜湊表htbl。在對雜湊表進行其他動作之前，必須首先進行初始化。

參數positions 指定表中的槽位個數。函數指標h1，h2用來指定使用者定義的輔助雜湊函數以完成雙散列過程。函數指標match指向一個使用者定義的函數，此函數用於判斷兩個鍵是否匹配，它的使用方法與chtbl_init中的match類似。函數指標destroy通過調用ohtbl_destroy來釋放動態分配的記憶體空間，同樣它與ohtbl_init中參數的使用方法類似。如果雜湊函數表中的資料不需要釋放，那麼destroy應該指向NULL。

複雜度  O(m)，m是雜湊表中槽的個數。

ohtbl_destroy

 void ohtbl_destroy (OHTbl *htbl ) ;

傳回值  無 。

描述  銷毀htbl指定的開地址雜湊表。在調用ohtbl_destroy之後不再允許進行其他動作，除非再次初始化。

ohtbl_destroy會刪除雜湊表中的所有元素，並同時釋放ohtbl_init中參數destroy不為NULL的成員所佔用的記憶體空間。

複雜度  O(m)，m是雜湊表中槽的個數。

ohtbl_insert

 int ohtbl_insert (OHTbl *htbl,const void *data ) ;

傳回值  如果插入元素成功，返回0；如果雜湊表中已經包含此元素，返回1；否則，返回-1 。

描述  向htbl指定的開地址雜湊表中插入一個元素。

新元素包含一個指向data的指標，因此只要元素仍然存在於雜湊表中，此指標就一直有效。與data相關的空間將由函數的調用者來管理。

複雜度  O(1)。

ohtbl_remove

 int ohtbl_remove (OHTbl *htbl,const void **data ) ;

傳回值  如果刪除元素成功，返回0；否則，返回-1 。

描述  從htbl指定的開地址雜湊表中刪除與data匹配的元素。

返回時，data指向已經刪除元素中儲存的資料。與data相關的記憶體空間將由函數調用者來管理。

複雜度  O(1)。

ohtbl_lookup

 int ohtbl_lookup (const OHTbl *htbl,const void **data ) ;

傳回值  如果在表中找到元素，返回0；否則，返回-1 。

描述  尋找htbl指定的開地址雜湊表中是否有與data匹配的元素。

如果找到，在函數返回時，data指向雜湊表中相匹配元素的資料。

複雜度  O(1)。

ohtbl_size

 int ohtbl_size (const OHTbl *htbl ) ;

傳回值  雜湊表中元素的個數。

描述  擷取雜湊表中元素個數的宏。

複雜度  O(1)。

開地址雜湊表的實現與分析

實現分為兩個檔案，一是開地址雜湊表的標頭檔，一是抽象資料類型的實現檔案。

樣本1：開地址雜湊表的標頭檔

/*ohtbl.h*/
#ifndef OHTBL_H #define OHTBL_H #include <stdlib.h>/*定義開地址雜湊表的資料結構*/typedef struct OHTbl_{    int  positions;  /*1指明雜湊表中分配的槽位元目*/    void *vacated;   /*2指向一個特殊的地址空間，這個特殊的地址上曾經刪除過一個元素*/        int  (*h1)(const void *key);  /*3輔助雜湊函數*/    int  (*h2)(const void *key);  /*4輔助雜湊函數*/    int  (*match)(const void *key1,const void *key2);  /*5判斷兩個元素是否匹配*/    void (*destroy)(void *data);  /*6銷毀函數*/        int  size;  /*7現有的元素數目*/    void **table;  /*8儲存元素的數組*/ } OHTbl;
/*函數原型聲明*/
int ohtbl_init(OHTbl *htbl, int positions, int (*h1)(const void *key), int (*h2)(const void *key),
               int (*match)(const void *key1,const void *key2),void (*destroy)(void *data));

void ohtbl_destroy(OHTbl *htbl);

int ohtbl_insert(OHTbl *htbl, const void *data);

int ohtbl_remove(OHTbl *htbl, void **data);

int ohtbl_lookup(const OHTbl *htbl, void **data);

#define ohtbl_size(htbl)((htbl)->size)
#endif // OHTBL_H

 樣本2：開地址雜湊表抽象資料類型的實現

/*ohtbl.c*/#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include "ohtbl.h"

/*為空白出的元素預留一個特殊的記憶體位址*/
static char vacated;

/*ohtbl_init  初始化htbl指定的開地址雜湊表*/
int ohtbl_init(OHTbl *htbl,int positions, int (*h1)(const void *key), int (*h2)(const void *key), 
               int (*match)(const void *key1, const void *key2),void (*destroy)(void *data))
{
    int i;
    /*為空白分配空間*/
    if((htbl->table = (void **)malloc(positions * sizeof(void *))) == NULL)
    return -1;

    /*初始化每個槽位，把每個槽位的指標設定為NULL*/
    htbl->positions = positions;
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
        htbl->table[i] = NULL;

   /*將空出的成員設定為為此保留的特殊記憶體位址*/
    htbl->vacated = &vacated;
    
    /*封裝4個函數*/
    htbl->h1 = h1;
    htbl->h2 = h2;
    htbl->match = match;
    htbl->destroy=destroy;
    
    /*初始化元素數量*/
    htbl->size = 0;
    
    return 0;
}

/*ohtbl_destroy  銷毀htbl指定的開地址式雜湊表*/
void ohtbl_destroy(OHTbl *htbl)
{
    int  i;
    
    if(htbl->destroy != NULL)
    {
        for(i=0; i < htbl->positions; i++)
        {
            if(htbl->table[i] != NULL && htbl->table[i] != htbl->vacated)
                htbl->destroy(htbl->table[i]);
        }
    }
    /*釋放資料表空間*/
    free(htbl->table);
    
    /*清除資料結構*/
    memset(htbl,0,sizeof(OHTbl);
    
    return;
}

/*ohtbl_insert   向表中插入元素*/
int ohtbl_insert(OHTbl *htbl,const void *data)
{
    void  *temp;
    int   position,i;

    /*因為開地址雜湊表有固定的大小，所以在插入之前必須保證有足夠的空間放置元素*/
    if(htbl->size == htbl->positions)
        return -1;

    /*相同的鍵不允許重複插入表中，插入之前調用htbl_lookup檢查是否有相同的元素*/
    temp = (void *)data;
    if(ohtbl_lookup(htbl,temp) == 0)
        return 1;

    /*滿足以上條件，使用雙散列法在表中尋找未被佔用的槽*/
    for(i=0; i< htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(data) + (i*htbl->h2(data))) % htbl->positions;
        
        if(htbl->table[position]==NULL || htbl->table[position]==htbl->vacated)
        {
            /*將元素插入表中*/
            htbl->table[position] = (void *)data;
            htbl->size++;
            return 0;
        }
    }
    /*選用了錯誤的雜湊函數*/
    return -1;
}  

/*ohtbl_remove  刪除htbl指定表中與data相匹配的元素*/
int ohtbl_remove(OHTbl *htbl,void **data)
{
    int position,i;

    /*通過雙散列定位到要刪除元素的位置*/
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(*data) + (i * h2(*data))) % htbl->positions ; 
        
        if(htbl->table[position] == NULL)
        {
            /*沒有找到匹配的資料*/
            return -1;
        }
        else if (htbl->table[position] == htbl->vacated)
        {
        /*尋找到了突出的位置，繼續搜尋*/
            continue;
        }
        else if (htbl->match(htbl->table[position],*data))
        {
        /*將data指向正在刪除的資料*/
        *data = htbl->table[position];
        /*將此槽位的地址放到vacated成員中*/
        htbl->[position] = htbl->vacated;
        htbl->size--;
        return 0;
        }
    }
/*如果沒有找到元素，則返回-1*/
    return -1;
}

/*ohtbl_lookup  尋找htbl指定的表中，與data相匹配的元素*/
int ohtbl_lookup(const OHTbl *htbl,void **data)
{
    int position,i;
    
    for(i=0; i<htbl->positions; i++)
    {
        position = (htbl->h1(*data) + (i * htbl->h2(*data)))% htbl->positions;

        if(htbl->table[position] == NULL)
        {
        /*沒有找到資料*/
            retun -1;
        }
        else if(htbl->match(htbl->table[position],*data))
        {
        /*將data指向找到的資料*/
            *data = htbl->table[position];
            return 0;
        }
    }
return -1;
}