unordered_map、unordered_set 底层原理及其相关面试题

（1）unordered_map、unordered_set的底层原理

unordered_map的底层是一个防冗余的哈希表（采用除留余数法）。哈希表最大的优点，就是把数据的存储和查找消耗的时间大大降低，时间复杂度为O(1)；而代价仅仅是消耗比较多的内存。

使用一个下标范围比较大的数组来存储元素。可以设计一个函数（哈希函数（一般使用除留取余法），也叫做散列函数），使得每个元素的key都与一个函数值（即数组下标，hash值）相对应，于是用这个数组单元来存储这个元素；也可以简单的理解为，按照key为每一个元素“分类”，然后将这个元素存储在相应“类”所对应的地方，称为桶。

但是，不能够保证每个元素的key与函数值是一一对应的，因此极有可能出现对于不同的元素，却计算出了相同的函数值，这样就产生了“冲突”，换句话说，就是把不同的元素分在了相同的“类”之中。 一般可采用拉链法解决冲突：

（2）哈希表的实现

#include <iostream>
#include <vector>
#include <list>
#include <random>
#include <ctime>
using namespace std;

const int hashsize = 12;

//定一个节点的结构体
template <typename T, typename U>
struct HashNode 
{
    T _key;
    U _value;
};

//使用拉链法实现哈希表类
template <typename T, typename U>
class HashTable
{
public:
    HashTable() : vec(hashsize) {}//类中的容器需要通过构造函数来指定大小
    ~HashTable() {}
    bool insert_data(const T &key, const U &value);
    int hash(const T &key);
    bool hash_find(const T &key);
private:
    vector<list<HashNode<T, U>>> vec;//将节点存储到容器中
};

//哈希函数（除留取余）
template <typename T, typename U>
int HashTable<T, U>::hash(const T &key)
{
    return key % 13;
}

//哈希查找
template <typename T, typename U>
bool HashTable<T, U>::hash_find(const T &key)
{
    int index = hash(key);//计算哈希值
    for (auto it = vec[index].begin(); it != vec[index].end(); ++it)
    {
        if (key == it -> _key)//如果找到则打印其关联值
        {
            cout << it->_value << endl;//输出数据前应该确认是否包含相应类型
            return true;
        }
    }
    return false;
}

//插入数据
template <typename T, typename U>
bool HashTable<T, U>::insert_data(const T &key, const U &value)
{
    //初始化数据
    HashNode<T, U> node;
    node._key = key;
    node._value = value;
    for (int i = 0; i < hashsize; ++i)
    {
        if (i == hash(key))//如果溢出则把相应的键值添加进链表
        {
            vec[i].push_back(node);
            return true;
        }
    }
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    HashTable<int, int> ht;
    static default_random_engine e;
    static uniform_int_distribution<unsigned> u(0, 100);
    long long int a = 10000000;
    for (long long int i = 0; i < a; ++i)
        ht.insert_data(i, u(e));
    clock_t start_time = clock();
    ht.hash_find(114);
    clock_t end_time = clock();
    cout << "Running time is: " << static_cast<double>(end_time - start_time) / CLOCKS_PER_SEC * 1000 <<
        "ms" << endl;//输出运行时间。
    system("pause");
    system("pause");
    return 0;
}

（3）unordered_map 与map的区别？使用场景？

构造函数：unordered_map 需要hash函数，等于函数;map只需要比较函数(小于函数).

存储结构：unordered_map 采用hash表存储，map一般采用红黑树(RB Tree) 实现。因此其memory数据结构是不一样的。

总体来说，unordered_map 查找速度会比map快，而且查找速度基本和数据数据量大小，属于常数级别;而map的查找速度是log(n)级别。并不一定常数就比log(n)小，hash还有hash函数的耗时，明白了吧，如果你考虑效率，特别是在元素达到一定数量级时，考虑考虑unordered_map 。但若你对内存使用特别严格，希望程序尽可能少消耗内存，那么一定要小心，unordered_map 可能会让你陷入尴尬，特别是当你的unordered_map 对象特别多时，你就更无法控制了，而且unordered_map 的构造速度较慢。

（4）unordered_map、unordered_set的常用函数

unordered_map.begin() 　　  返回指向容器起始位置的迭代器（iterator） 
unordered_map.end() 　　    返回指向容器末尾位置的迭代器 
unordered_map.cbegin()　    返回指向容器起始位置的常迭代器（const_iterator） 
unordered_map.cend() 　　   返回指向容器末尾位置的常迭代器 
unordered_map.size()  　　  返回有效元素个数 
unordered_map.insert(key)  插入元素 
unordered_map.find(key) 　 查找元素，返回迭代器
unordered_map.count(key) 　返回匹配给定主键的元素的个数 

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