Как решается коллизия в std::unordered_map

1️⃣ Как кратко ответить

В std::unordered_map коллизии решаются с помощью метода цепочек (chaining). Каждый элемент хранится в связном списке (или другой структуре), который привязан к определённому бакету. При коллизии новый элемент добавляется в связный список соответствующего бакета.

2️⃣ Подробное объяснение темы

std::unordered_map — это контейнер в C++, который реализует ассоциативный массив, где элементы хранятся в произвольном порядке. Он использует хеш-таблицу для организации данных, что позволяет обеспечивать амортизированное время доступа к элементам близкое к O(1). Однако, из-за особенностей хеширования, возможны коллизии, когда два разных ключа имеют одинаковое хеш-значение.

Для решения коллизий в std::unordered_map используется метод цепочек (chaining). Этот метод заключается в следующем:

1. Хеш-функция: Каждый ключ преобразуется в хеш-значение с помощью хеш-функции. Это значение используется для определения бакета, в который будет помещён элемент.

2. Бакеты: Хеш-таблица состоит из бакетов, каждый из которых может содержать несколько элементов. Бакет — это контейнер, в который помещаются элементы с одинаковым хеш-значением.

3. Цепочки: Если два ключа имеют одинаковое хеш-значение, они помещаются в один и тот же бакет. Внутри бакета элементы организуются в виде связного списка (или другой структуры данных, например, списка на основе массива).

4. Добавление элемента: При добавлении нового элемента, хеш-значение ключа определяет, в какой бакет он будет помещён. Если бакет уже содержит элементы, новый элемент добавляется в конец связного списка.

5. Поиск элемента: Для поиска элемента по ключу сначала вычисляется хеш-значение ключа, чтобы определить соответствующий бакет. Затем выполняется линейный поиск по связному списку внутри бакета для нахождения нужного элемента.

Пример кода, демонстрирующий использование std::unordered_map и объясняющий, как решаются коллизии:

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
​
int main() {
    // Создаем unordered_map для хранения пар "ключ-значение"
    std::unordered_map<std::string, int> umap;
​
    // Добавляем элементы в unordered_map
    umap["apple"] = 1;
    umap["banana"] = 2;
    umap["orange"] = 3;
​
    // Выводим элементы unordered_map
    for (const auto& pair : umap) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
​
    // Проверяем наличие ключа и выводим значение
    std::string key = "banana";
    if (umap.find(key) != umap.end()) {
        std::cout << "Value for " << key << ": " << umap[key] << std::endl;
    } else {
        std::cout << key << " not found in unordered_map." << std::endl;
    }
​
    return 0;
}

• #include <unordered_map>: Подключение заголовочного файла для использования std::unordered_map.
• std::unordered_map<std::string, int> umap;: Создание объекта unordered_map, где ключи — строки, а значения — целые числа.
• umap["apple"] = 1;: Добавление элемента с ключом "apple" и значением 1. Хеш-значение ключа "apple" определяет бакет, в который будет помещён элемент.
• for (const auto& pair : umap): Итерация по всем элементам в unordered_map для вывода их на экран.
• umap.find(key) != umap.end(): Проверка наличия ключа в unordered_map. Если ключ найден, возвращается итератор на элемент, иначе — umap.end().
• std::cout << "Value for " << key << ": " << umap[key] << std::endl;: Вывод значения, связанного с ключом "banana", если он существует в unordered_map.

Метод цепочек позволяет эффективно решать коллизии, сохраняя при этом высокую производительность операций поиска, добавления и удаления элементов в std::unordered_map.