Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

  Для некоторых типов, особенно для целых чисел и символьных строк, можно достичь еще более высоких результатов поиска, чем при поиске по дереву контейнера map. Не вдаваясь в подробности, укажем, что идея заключается в том, что по ключу мы можем вычислить индекс в контейнере vector. Этот индекс называется значением хеш-функции (hash value), а контейнер, в котором используется этот метод, — хеш-таблицей (hash table). Количество возможных ключей намного больше, чем количество ячеек в хеш-таблице. Например, хеш-функция часто используется для того, чтобы отобразить миллиарды возможных строк в индекс вектора, состоящего из тысячи элементов. Такая задача может оказаться сложной, но ее можно решить. Это особенно полезно при реализации больших контейнеров map. Основное преимущество хеш-таблицы заключается в том, что средняя сложность поиска в ней является (почти) постоянной и не зависит от количества ее элементов, т.е. имеет порядок O(1). Очевидно, что это большое преимущество для крупных ассоциативных массивов, например, содержащих 500 тысяч веб-адресов. Более подробную информацию о хеш-поиске читатели могут найти в документации о контейнере unordered_map (доступной в сети веб) или в любом учебнике по структурам данных (ищите в оглавлении хеш-таблицы и хеширование).

Рассмотрим графическую иллюстрацию поиска в (неупорядоченном) векторе, сбалансированном бинарном дереве и хеш-таблице.

• Поиск в неупорядоченном контейнере vector.

• Поиск в контейнере map (сбалансированном бинарном дереве).

• Поиск в контейнере unordered_map (хеш-таблица).

Контейнер unordered_map из библиотеки STL реализован с помощью хештаблицы, контейнер map — на основе сбалансированного бинарного дерева, а контейнер vector — в виде массива. Полезность библиотеки STL частично объясняется тем, что она позволила объединить в одно целое разные способы хранения данных и доступа к ним, с одной стороны, и алгоритмы, с другой.

  Эмпирическое правило гласит следующее.

• Используйте контейнер vector, если у вас нет веских оснований не делать этого.

• Используйте контейнер map, если вам необходимо выполнить поиск по значению (и если тип ключа позволяет эффективно выполнять операцию “меньше”).

• Используйте контейнер unordered_map, если вам необходимо часто выполнять поиск в большом ассоциативном массиве и вам не нужен упорядоченный обход (и если тип вашего ключа допускает эффективное использование хеш-функций).

Мы не будем подробно описывать контейнер unordered_map. Его можно использовать с ключом типа string или int точно так же, как контейнер map, за исключением того, что при обходе элементов они не будут упорядочены. Например, мы могли бы переписать фрагмент кода для вычисления индекса- Доу–Джонса из раздела 21.6.3 следующим образом:

unordered_map dow_price;

typedef unordered_map::const_iterator Dow_iterator;

for (Dow_iterator p = dow_price.begin; p!=dow_price.end; ++p) {

  const string& symbol = p–>first;        // the "ticker" symbol

    cout << symbol << '\t'

         << p–>second << '\t'

         << dow_name[symbol] << '\n';

 }

Теперь поиск в контейнере dow можно выполнять быстрее. Однако это ускорение может оказаться незаметным, поскольку в этот индекс включены только тридцать компаний. Если бы мы учли цены акций всех компаний, котирующихся на нью-йоркской фондовой бирже, то сразу почувствовали бы разницу в производительности работы программы. Отметим пока лишь логическое отличие: данные на каждой итерации выводятся не в алфавитном порядке.

Неупорядоченные ассоциативные массивы в стандарте языка С++ являются новшеством и еще не стали полноправным его элементом, поскольку они описаны в техническом отчете Комиссии по стандартизации языка С++ (Technical Report), а не в тексте самого стандарта. Тем не менее они широко распространены, а там, где их нет, часто можно обнаружить их аналоги, например, что-нибудь вроде класса hash_map.

ПОПРОБУЙТЕ

Напишите небольшую программу, используя директиву #include. Если она не работает, значит, класс unordered_map не был включен в вашу реализацию языка C++. Если вам действительно нужен контейнер unordered_map, можете загрузить одну из его доступных реализаций из сети веб (см., например, сайт www.boost.org).

21.6.5. Множества

  Контейнер set можно интерпретировать как ассоциативный массив, в котором значения не важны, или как ассоциативный массив без значений. Контейнер set можно изобразить следующим образом:

Например, контейнер set, в котором перечислены фрукты (см. раздел 21.6.2), можно представить следующим образом: