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看着这么眼熟,是不是郝斌老师的代码?你加上了注释,不错
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C语言中动态数组操作实践 -
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2012年2月至3月总结
Hash简介
由于Hash结构继承了数组的高效查询和修改的特性,又继承了链表的高效的增删特性,使得其在查找和存储方面具有其他结构无法比拟的高效性,关于Hash算法的研究也从未中断。笔者主要就Java中封装的HashMap的具体实现过程来简单介绍一下HashMap。
说简单点,Hash结构(其实,准确的说,Hash应该是一种思想)就是通过为每一个对象分配多级索引来进行存储和处理数据的,而这些索引是通过一种叫做Hash的算法针对每个对象来生成的,对象根据产生的索引以数组或链表的形式来进行存储。常见的Hash算法有移位和取模等几种形式
HashMap源码分析
Map接口分析
Map接口中有两个很重要的东西,一个是Map接口本身,它里面声明了一些我们要在HashMap中实现的方法;另一个则是Entry接口,它是我们在HashMap中要存放的数据对象,在这个接口里面声明了一些该对象的方法。
package java.util; public interface Map<K,V> { //此方法返回的是Map中Key-Value值的个数 int size(); //此方法用于判断Map中是否存在Key-Value值,如果存在,返回false,//否则返回//true boolean isEmpty(); //此方法用于判断Map中是否包含Key = key的对象,存在返回true,不存在返回//false boolean containsKey(Object key); //此方法用于判断Map中是否存在Value = value的对象,存在返回true,不存在返//回false boolean containsValue(Object value); //向Map添加对象的方法,传入Key和Value的方法 V put(K key, V value); //移除Map中Key = key的对象 V remove (Object key); //将Map对象m中的所有值复制到新的Map中 void put All(Map<? extends K, ? extends V> m); //移除Map中的所有对象 void clear (); //获取Map所有的Key值,并将所有的Key值放入Set中的方法,返回的是存放Key值的//Set集合 Set<K> keySet (); //返回Map中所有Value值,并将其存入Collection集合中 Collection<V> values(); //返回所有Map值,并将其存入Set集合中 Set<Map.Entry<K, V>> entrySet (); //Map接口中定义的Entry内部接口,Entry是Map主存放的对象 interface Entry<K,V> { //返回Entry对象的Key值 K getKey();
//返回Entry对象的Value值 V getValue();
//替换Entry对象的Value值 V setValue(V value); //比较Entry对象是否相等的方法 boolean equals(Object o); //获取Entry对象哈希吗的方法 int hashCode(); } //比较Map对象是否相等的方法 boolean equals(Object o); //获取Map对象哈希吗的方法 int hashCode();
}
HashMap具体实现
总结 Java中的HashMap对于对象的索引进行了复杂的处理,首先是获取对象的哈希吗(即调用hashCode()方法,每个对象都会有一个对应的哈希吗,相当于编号),然后再通过hash算法的逻辑运算对对象的索引再次做了处理。通过这么一些运算,最终的目的就是为了尽量使对象的存储分布均匀。 package java.util;
import java.io.*;
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable{
//HashMap的默认容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
//HashMap的最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//HashMap的默认装载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//存放Entry的数组
transient Entry[] table;
//Map中Key-Value值个数
transient int size;
//数组扩容时Key-Value要达到的容量大小:capacity * load factor
int threshold;
//装载因子
final float loadFactor;
//HashMap重构的次数
transient int modCount;
//构造器1,传入两个参数,依次为容量和装载因子
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
//如果容量小于0,就抛出非法初始化异常
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
//如果容量大于最大容量,就将最大容量赋给当前容量,也就是不能超出最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
//如果装载因子不大于0,就抛出装载因子异常
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
//容量初始化为1
int capacity = 1;
//当容量小于传入的参数容量时,容量数不停左移,直至容量大于传入的参数容量,这样做容量便以2的幂递增,便于控制
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
//装载因子传入
this.loadFactor = loadFactor;
//数组扩容时Key-Value要达到的容量大小
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
//创建指定容量大小的对象数组
table = new Entry[capacity];
init();
}
//构造器2,只需传入容量大小,装载因此默认为0.75
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//构造器3,容量和装载因子均采取默认值
public HashMap(){
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
//数组扩容时Key-Value要达到的容量大小
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
//创建默认容量大小的对象数组
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
//构造器4,传入Map对象
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAllForCreate(m);
}
//初始化的方法,里面没有做任何操作
void init() {
}
//hash函数,HashMap中的核心,此方法采用移位和异或操作来实现,由于计算机最终处理数据的方式是逻辑运算,这里直接采用逻辑运算进行hash运算,速度较快
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
//Key经过hash后,再调用此方法,根据数组长度,产生Key-Value值对在数组中的位 //置
static int indexFor(int hash, int length) {
return h & (length-1);
}
//返回Map中Key-Value对的数目
public int size() {
return size;
}
//判断Map里面是否有Key-Value对,如果没有返回true
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//根据Key值,返回对应的Value值
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
//对Key的哈希吗进行hash运算
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}
//返回Key = null的Value的值
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next){
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
//判断是否存在Key值
public boolean containsKey(Object key) {
return getEntry(key) != null;
}
//获取Key对应的Key-Value值对,即Entry对象
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];e != null;e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
}
return null;
}
//向Map中添加Key-Value值对
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next){
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
//向Map中放入元素,其中Key为Null
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next){
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
//创建已有Key – Value值对的方法,相当于将原Map中Key-Value值的Key-Value值一对一对复制到新的Map中的方法
private void putForCreate(K key, V value) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next){
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
e.value = value;
return;
}
}
createEntry(hash, key, value, i);
}
//将原Map中所有Key-Value对象全部放入新Map中的方法
private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) {
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
putForCreate(e.getKey(), e.getValue());
}
//数组扩容的方法
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
//将table中的元素放入新table
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
//添加所有的Map对象
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
int numKeysToBeAdded = m.size();
if (numKeysToBeAdded == 0)
return;
if (numKeysToBeAdded > threshold) {
int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1);
if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
int newCapacity = table.length;
while (newCapacity < targetCapacity)
newCapacity <<= 1;
if (newCapacity > table.length)
resize(newCapacity);
}
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
//移除Map中Key对应的值
public V remove(Object key) {
Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);
return (e == null ? null : e.value);
}
final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
Object k;
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
//移除整个Map对象
final Entry<K,V> removeMapping(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return null;
Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
Object key = entry.getKey();
int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (e.hash == hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
e.recordRemoval(this);
return e;
}
prev = e;
e = next;
}
return e;
}
//清空所有内容
public void clear() {
modCount++;
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
tab[i] = null;
size = 0;
}
//判断Map是否包含value值
public boolean containsValue(Object value) {
if (value == null)
return containsNullValue();
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (value.equals(e.value))
return true;
return false;
}
private boolean containsNullValue() {
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length ; i++)
for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)
if (e.value == null)
return true;
return false;
}
//复写的Object类的clone()方法
public Object clone() {
HashMap<K,V> result = null;
try {
result = (HashMap<K,V>)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// assert false;
}
result.table = new Entry[table.length];
result.entrySet = null;
result.modCount = 0;
result.size = 0;
result.init();
result.putAllForCreate(this);
return result;
}
//内部静态类Entry
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
//下一节点
Entry<K,V> next;
final int hash;
//构造器,传入四个参数
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
public final K getKey() {
return key;
}
public final V getValue() {
return value;
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
//复写的Object类的equals方法
public final boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry e = (Map.Entry)o;
Object k1 = getKey();
Object k2 = e.getKey();
if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
Object v1 = getValue();
Object v2 = e.getValue();
if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
return true;
}
return false;
}
//复写的Object类的hashCode()方法
public final int hashCode() {
return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
}
public final String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
}
void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
}
}
//添加Entry实体,即Key-Value值的方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex){
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
//创建Entry实体的方法
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex{
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
Entry<K,V> next;
int expectedModCount;
int index;
Entry<K,V> current;
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
}
//判断下一个是否为空
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
//返回下一个Entry对象
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
public void remove() {
if (current == null)
throw new IllegalStateException();
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Object k = current.key;
current = null;
HashMap.this.removeEntryForKey(k);
expectedModCount = modCount;
}
}
private final class ValueIterator extends HashIterator<V> {
public V next() {
return nextEntry().value;
}
}
private final class KeyIterator extends HashIterator<K> {
public K next() {
return nextEntry().getKey();
}
}
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
Iterator<K> newKeyIterator() {
return new KeyIterator();
}
Iterator<V> newValueIterator() {
return new ValueIterator();
}
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
public Set<K> keySet() {
Set<K> ks = keySet;
return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet()));
}
private final class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return newKeyIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null;
}
//清空HashMap
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
public Collection<V> values() {
Collection<V> vs = values;
return (vs != null ? vs : (values = new Values()));
}
private final class Values extends AbstractCollection<V>{
public Iterator<V> iterator() {
return newValueIterator();
}
public int size() {
return size;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
//返回存在Entry实体的Set集合
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o;
Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey());
return candidate != null && candidate.equals(e);
}
public boolean remove(Object o) {
return removeMapping(o) != null;
}
public int size() {
return size;
}
public void clear() {
HashMap.this.clear();
}
}
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException
{
Iterator<Map.Entry<K,V>> i =
(size > 0) ? entrySet0().iterator() : null;
s.defaultWriteObject();
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(size);
if (i != null) {
while (i.hasNext()) {
Map.Entry<K,V> e = i.next();
s.writeObject(e.getKey());
s.writeObject(e.getValue());
}
}
}
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws IOException, ClassNotFoundException
{
s.defaultReadObject();
int numBuckets = s.readInt();
table = new Entry[numBuckets];
init();
int size = s.readInt();
for (int i=0; i<size; i++) {
K key = (K) s.readObject();
V value = (V) s.readObject();
putForCreate(key, value);
}
}
int capacity() { return table.length; }
float loadFactor() { return loadFactor; }
}
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