C++中std::map自定义排序与std::unordered_map自定义哈希函数

　　前面部分转自C++ STL map的自定义排序，

　　std::map 的定义与特性，用法详解参考C++ map用法详解。

//所在头文件：<map>, std::map 类模板, std::map 通常由二叉搜索树实现。
template < class Key,                                     // map::key_type
           class T,                                       // map::mapped_type
           class Compare = less<Key>,                     // map::key_compare
           class Alloc = allocator<pair<const Key,T> >    // map::allocator_type
           > class map;

　　std::unorder_map的定义如下：

//头文件unorder_map,
template<class Key,
    class Ty,
    class Hash = std::hash<Key>,
    class Pred = std::equal_to<Key>,
    class Alloc = std::allocator<std::pair<const Key, Ty> > >
    class unordered_map;
    > class unordered_map

一、map按键值Key排序

1. 默认按照less<key>升序排列

　　输入8，Key升序，Value随机：

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    multimap<int,int>mp;
// multimap第三个参数默认为less<Key>,即 less<int>
    int n;
    cin>>n;
    int a,b;
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        a=rand()%4;
        b=rand()%4;
        //插入
        mp.insert(pair<int,int>(a,b));
    }
    map<int,int>::iterator iter;
    //遍历输出
    for(iter=mp.begin(); iter!=mp.end(); iter++)
        cout<<iter->first<<" "<<iter->second<<endl;
    return 0;
}

2. 定义map时，用greater< Key>实现按Key值递减插入数据

multimap<int,int,greater<int> >mp;
//注意<int>后空一格

3. 当Key值为自定义的类时

　　方法1：写一个函数对象1（仿函数），重载operator()

　　注意：函数对象：即调用操作符的类，其对象常称为函数对象（function object），它们是行为类似函数的对象。表现出一个函数的特征，就是通过“对象名+(参数列表)”的方式使用一个 类，其实质是对operator()操作符的重载。

#include<iostream>
#include<map>
using namespace std;
typedef struct tagIntPlus
{
    int num,i;
}IntPlus;
//自定义比较规则
//注意operator是(),不是＜
struct Cmp
{
    bool operator () (IntPlus const &a,IntPlus const &b)const
    {
        if(a.num!=b.num)
            return a.num<b.num;
        else return a.i<b.i;
    }
};
int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    //注意此处一定要有Cmp，否则无法排序会报错
    multimap<IntPlus,int,Cmp>mp;
    int n;
    cin>>n;
    int a,b;
    IntPlus intplus;
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        a=rand()%4;
        b=rand()%4;
        intplus.num=a;
        intplus.i=b;
        mp.insert(pair<IntPlus,int>(intplus,i));
    }
    map<IntPlus,int>::iterator iter;
    for(iter=mp.begin(); iter!=mp.end(); iter++)
        cout<<iter->first.num<<" "<<iter->first.i<<" "<<iter->second<<endl;
    return 0;
}

　　方法2：在类里重载重载operator<

typedef struct tagIntPlus
{
    int num,i;
    bool operator < (tagIntPlus const& intplus)const
    {
        //当num不等时
        //前一个对象的num>后一个时返回true,降序排列。
        //反之升序排列
        if(num!=intplus.num)
            return num>intplus.num;
        //当num相等时
        //前一个对象的i<后一个时返回true,升序排列
        else return i<intplus.i;
    }
}IntPlus;

　　注意只重载小于号,不要去重载大于号，如果想改变为 升 / 降序列,只需改变判断条件即可。

multimap<IntPlus,int>mp;

　　主函数只需将第一种方法中的map中的Cmp去掉即可。

4. 用char*类型作为map的主键

　　find或count时，默认使用== 进行判断，char*只是指针，如果两个字符串值相同，但是地址不同，是无法匹配的。所以最好使用std::string。如果非要用char*，需要使用find_if函数并且用bind2sd函数指定比较函数。

#include <map>
#include <algorithm>
#include <iostream>
 
using namespace std;
 
bool search(pair<char*, int> a, const char* b)
{
    return strcmp(a.first, b) == 0 ? true : false;
}
int main()
{
    map<char*, int> test;
    test.insert(pair<char*, int>("abc", 1));
 
    map<char*, int>::const_iterator iter = find_if(test.begin(), test.end(),  bind2nd(ptr_fun(search), "abc"));
 
    if (iter != test.end())
    {
        cout<< "find : " << iter->first << endl;
    }
 
    return 0;
}

二、map按值Value排序

　　再次强调不能用sort，只能将map中数据压入能用sort的容器，如vector

#include<iostream>
#include<map>
#include<vector>
#include<algorithm>//sort
using namespace std;

typedef struct tagIntPlus
{
    int num,i;
} IntPlus;

typedef pair<tagIntPlus,int> PAIR;

　　必须有Cmp。虽然之后会sort，map的排序并不重要，但是map输入数据时需要比较Key值，没有会报错。注意这里说的是自定义类型作为key需要加Cmp函数。

struct Cmp
{
    bool operator () (IntPlus const &a,IntPlus const &b)const
    {
        if(a.num!=b.num)
            return a.num<b.num;
        else return a.i<b.i;
    }
};

　　map会按键值Key升序排列，Value值无要求。定义vector的排序接口如下

bool vec_cmp(PAIR const&a,PAIR const&b)
{
    if(a.first.num!=b.first.num)
        return a.first.num<b.first.num;
    else
    {
        if(a.first.i!=b.first.i)
            return a.first.i<b.first.i;
        else return a.second>b.second;
    }
}

　　上面需重新定义Key升序排列，否则sort之后仅按Value降序排列，Key值被打乱。

int main()
{
    srand((unsigned)time(NULL));
    multimap<IntPlus,int,Cmp>mp;
    int n;
    cin>>n;
    int a,b;
    IntPlus intplus;
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        a=rand()%4;
        b=rand()%4;
        intplus.num=a;
        intplus.i=b;
        mp.insert(pair<IntPlus,int>(intplus,i));
    }
    map<IntPlus,int>::iterator iter;
    cout<<"排序前:"<<endl;
    for(iter=mp.begin(); iter!=mp.end(); iter++)
        cout<<iter->first.num<<"|"<<iter->first.i<<"|"<<iter->second<<endl;

　　排序前:

    cout<<"排序后:"<<endl;
    vector<PAIR>vec(mp.begin(),mp.end());
    sort(vec.begin(),vec.end(),vec_cmp);
    int size=vec.size();
    for(int i=0;i<size;i++)
        cout<<vec[i].first.num<<"|"<<vec[i].first.i<<"|"<<vec[i].second<<endl;
    return 0;
}

 三、std::unorder_map自定义键值类型(转载)

　　对于unordered_map而言，当我们插入<key, value>的时候，需要哈希函数的函数对象对key进行hash，又要利用等比函数的函数对象确保插入的键值对没有重复。然而，当我们自定义类型时，c++标准库并没有对应的哈希函数和等比函数的函数对象。因此需要分别对它们进行定义。

　　因为都是函数对象，它们两个的实际定义方法并没有很大差别。不过后者比前者多了一个方法。因为等比函数的函数对象默认值std::equal_to<key>内部是通过调用操作符"=="进行等值判断，因此我们可以直接在自定义类里面进行operator==()重载（成员和友元都可以）。

　　因此，如果要将自定义类型作为unordered_map的键值，需如下两个步骤：

　　　　a-定义哈希函数的函数对象；

　　　　b-定义等比函数的函数对象或者在自定义类里重载operator==()。

　　为了避免重复，下文以讨论哈希函数的函数对象为主，参数4则是通过直接在自定义类里面对operator==()进行重载。

　　首先简要介绍一下函数对象 (在一、二部分已介绍) 的概念：在《C++ Primer Plus》里面，函数对象是可以以函数方式与()结合使用的任意对象。这包括函数名、指向函数的指针和重载了“operator()”操作符的类对象。基于此，我们提出3个方法。

方法1：std::function

　　利用std::function为person_hash()构建函数实例。初始化时，这个函数实例就会被分配那个指向person_hash()的指针（通过构造函数实现），如下所示。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <functional>

using namespace std;

class Person{
public:
    string name;
    int age;

    Person(string n, int a){
        name = n;
        age = a;
    }
    bool operator==(const Person & p) const 
    {
       return name == p.name && age == p.age;
    }
};

size_t person_hash( const Person & p ) 
{
    return hash<string>()(p.name) ^ hash<int>()(p.age);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    //ERRO: unordered_map<Person,int,decltype(&person_hash)> ids;
    //ERRO: unordered_map<Person,int,person_hash> ids(100, person_hash );
    //OK: unordered_map<Person, int, decltype(&person_hash)> ids(100, person_hash );
    unordered_map<Person,int,function<size_t( const Person& p )>> ids(100, person_hash); //需要把person_hash传入构造函数
    ids[Person("Mark", 17)] = 40561;
    ids[Person("Andrew",16)] = 40562;
    for ( auto ii = ids.begin() ; ii != ids.end() ; ii++ )
        cout << ii->first.name 
        << " " << ii->first.age 
        << " : " << ii->second 
        << endl;
        return 0;
}

　　因为std::function构建对象的表达过于复杂，我们可以利用C++11新增的关键字decltype。它可以直接获取自定义哈希函数的类型，并把它作为参数传送。因此，ids的声明可以改成下面这样。

unordered_map<Person,int,decltype(&person_hash)> ids(100, person_hash);

　　另外，我们还可以引入c++11新支持的lambda expression，程序如下。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <functional>

using namespace std;

class Person{
public:
    string name;
    int age;

    Person(string n, int a){
        name = n;
        age = a;
    }

    bool operator==(const Person & p) const 
    {
        return name == p.name && age == p.age;
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    unordered_map<Person,int,std::function<size_t (const Person & p)>>
    ids(100, []( const Person & p)
             {
                 return hash<string>()(p.name) ^ hash<int>()(p.age);
             } );
    ids[Person("Mark", 17)] = 40561;
    ids[Person("Andrew",16)] = 40562;
    for ( auto ii = ids.begin() ; ii != ids.end() ; ii++ )
        cout << ii->first.name 
        << " " << ii->first.age
        << " : " << ii->second 
        << endl;
        return 0;
}

　　但是，使用lambda有2个弊端：

1. 我们就无法使用decltype获取函数对象的类型，而只能用更复杂的std::function方法。

2. 程序的可读性下降。

 

方法2：重载operator()的类

 

　　方法2就是利用重载operator()的类，将哈希函数打包成可以直接调用的类。此时，虽然我们仍然需要第3个参数，但是我们不需要将函数对象的引用传入构造器里。因为unordered_map会追踪类定义，当需要获得哈希时，它可以动态地构造对象并传递数据，如下所示。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <functional>
using namespace std;

class Person{
public:
    string name;
    int age;

    Person(string n, int a){
        name = n;
        age = a;
    }

    bool operator==(const Person & p) const 
    {
        return name == p.name && age == p.age;
    }
};

struct hash_name{
    size_t operator()(const Person & p) const{
        return hash<string>()(p.name) ^ hash<int>()(p.age);
    }
};

int main(int argc, char* argv[]){
    unordered_map<Person, int, hash_name> ids; //不需要把哈希函数传入构造器
    ids[Person("Mark", 17)] = 40561;
    ids[Person("Andrew",16)] = 40562;
    for ( auto ii = ids.begin() ; ii != ids.end() ; ii++ )
        cout << ii->first.name 
        << " " << ii->first.age
        << " : " << ii->second
        << endl;
    return 0;
}

方法3：模板定制

　　unordered_map第3个参数的默认参数是std::hash<Key>，实际上就是模板类。那么我们就可以对它进行模板定制，如下所示。

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>
#include <functional>
using namespace std;

typedef pair<string,string> Name;

namespace std {
    template <> //function-template-specialization
        class hash<Name>{
        public :
            size_t operator()(const Name &name ) const
            {
                return hash<string>()(name.first) ^ hash<string>()(name.second);
            }
    };
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    unordered_map<Name,int> ids;
    ids[Name("Mark", "Nelson")] = 40561;
    ids[Name("Andrew","Binstock")] = 40562;
    for ( auto ii = ids.begin() ; ii != ids.end() ; ii++ )
        cout << ii->first.first 
             << " " << ii->first.second 
             << " : " << ii->second
             << endl;
    return 0;
}

　　当我们将模板订制包含在定义类的头文件中时，其他人无需额外工作，就可以直接用我们的类作为任何无序容器的键。这对于要使用我们自定义类的人来说，绝对是最方便的。因此，如果你想要在多个地方用这个类，方法3是最好的选择。当然，你要确保自己的hash function不会影响std空间里的其他类。

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额外案例：等比函数的函数对象

　　下例是哈希函数对象和等比函数对象都采用模板定制的方法。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <functional>
using namespace std;

class Person{
public:
    string name;
    int age;

    Person(string n, int a){
        name = n;
        age = a;
    }
};

namespace std{
    template<>
    struct hash<Person>{//哈希的模板定制
    public:
        size_t operator()(const Person &p) const 
        {
            return hash<string>()(p.name) ^ hash<int>()(p.age);
        }
        
    };
    
    template<>
    struct equal_to<Person>{//等比的模板定制
    public:
        bool operator()(const Person &p1, const Person &p2) const
        {
            return p1.name == p2.name && p1.age == p2.age;
        }
        
    };
}

int main(int argc, char* argv[]){
    unordered_map<Person, int> ids;
    ids[Person("Mark", 17)] = 40561;
    ids[Person("Andrew",16)] = 40562;
    for ( auto ii = ids.begin() ; ii != ids.end() ; ii++ )
        cout << ii->first.name 
        << " " << ii->first.age
        << " : " << ii->second
        << endl;
    return 0;
}

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