Как хранятся элементы в std::unordered_map, если есть коллизии

1️⃣ Как кратко ответить

Элементы в std::unordered_map хранятся в хэш-таблице. При коллизиях, когда несколько ключей имеют одинаковое хэш-значение, элементы с одинаковым хэш-значением размещаются в одной и той же "корзине" (bucket). Внутри корзины элементы обычно организуются в виде связного списка или другого контейнера, что позволяет хранить и обрабатывать несколько элементов с одинаковым хэш-значением.

2️⃣ Подробное объяснение темы

std::unordered_map — это контейнер, который реализует ассоциативный массив на основе хэш-таблицы. Основное преимущество использования хэш-таблицы заключается в обеспечении амортизированного времени доступа к элементам, близкого к O(1). Однако, когда два или более ключа имеют одинаковое хэш-значение, возникает ситуация, называемая коллизией.

Как работает хэш-таблица

Хэш-таблица в std::unordered_map состоит из массива "корзин" (buckets). Каждому ключу сопоставляется хэш-значение, которое определяет, в какую корзину будет помещен элемент.

Коллизии и их обработка

Когда два ключа имеют одинаковое хэш-значение, они попадают в одну и ту же корзину. Для разрешения коллизий std::unordered_map использует метод цепочек (chaining). В этом методе каждая корзина содержит связный список (или другой контейнер), в который помещаются все элементы с одинаковым хэш-значением.

Пример кода

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
​
int main() {
    // Создаем unordered_map для хранения пар ключ-значение
    std::unordered_map<int, std::string> map;
​
    // Вставляем элементы в map
    map[1] = "one";
    map[2] = "two";
    map[3] = "three";
​
    // Вставляем элемент с коллизией (предположим, что 1 и 4 имеют одинаковое хэш-значение)
    map[4] = "four";
​
    // Выводим элементы
    for (const auto& pair : map) {
        std::cout << pair.first << ": " << pair.second << std::endl;
    }
​
    return 0;
}

Объяснение кода

• std::unordered_map<int, std::string> map; — создается unordered_map, где ключи типа int, а значения типа std::string.
• map[1] = "one"; и последующие строки — вставка элементов в unordered_map. Каждый элемент добавляется в соответствующую корзину на основе его хэш-значения.
• map[4] = "four"; — вставка элемента, который может вызвать коллизию, если его хэш-значение совпадает с хэш-значением другого ключа (например, 1).
• for (const auto& pair : map) — итерация по всем элементам в unordered_map и вывод их на экран.

Зачем это нужно

Использование std::unordered_map и обработка коллизий позволяют эффективно хранить и извлекать данные по ключу. Это особенно полезно в ситуациях, где требуется быстрый доступ к данным, таких как кэширование, реализация словарей и других структур данных, где важна скорость поиска.