PHP核心技术与最佳实践之Hash算法

PHP核心技术与最佳实践之Hash算法

Hash表又称散列表，通过把关键字Key映射到数组中的一个位置来访问记录，以加快查找速度。这个映射函数称为Hash函数，存放记录的数组称为Hash表。

1. Hash函数

作用是把任意长度的输入，通过Hash算法变换成固定长度的输出，该输出就是Hash值。这种转换是一种压缩映射，也就是Hash值得空间通常远小于输入的空间，不输入可能会散列成相同的输出，而不可能从Hash值来唯一的确定输入值。

一个好的hash函数应该满足以下条件：每个关键字都可以均匀的分布到Hash表任意一个位置，并与其他已被散列到Hash表中的关键字不发生冲突。这是Hash函数最难实现的。

2. Hash算法

1) 直接取余法

直接取余法比较简单，直接用关键字k除以Hash表的大小m取余数，算法如下：

H(k) = k mod m

例如：Hash表的大小为m=12，所给关键字为k=100，则h(k) = 4.这种算法是一个求余操作，速度比较快。

2) 乘积取整法

乘积取整法首先使用关键字k乘以一个常数A(0

H(k) = floor (m*(kA mod 1))

其中，kA mod1表示kA的小数部分，floor是取整操作。

当关键字是字符串的时候，就不能用上面的Hash算法。因为字符串是由字符组成，所以可以把字符串所有的字符的ASCII码加起来得到一个整数，然后再按照上面的Hash算法去计算即可。

算法如下：

Function hash($key,$m){

$strlen= strlen($key);

$hashval= 0;

For($i=0;$i< $strlen;$i++){

$hashval+=ord($key{$I});

}

Return $hashval % $m;

}

3) 经典Hash算法Times33

Unsigned int DJBHash(char *str){

Unsignedint hash = 5381;

While(*str){

Hash+=(hash <<5)+(*str++);

}

Return (hash &0x7FFFFFFF)

}

算法思路就是不断乘以33，其效率和随机性都非常好，广泛运用于多个开源项目中，如Apache、Perl和PHP等。

3. Hash表

Hash表的时间复杂度为O(1)，Hash表结构可用图表示：

要构造一个Hash表必须创建一个足够大的数组用于存放数据，另外还需要一个Hash函数把关键字Key映射到数组的某个位置。

Hash表的实现步骤：

1) 创建一个固定大小的数组用于存放数据。

2) 设计Hash函数。

3) 通过Hash函数把关键字映射到数组的某个位置，并在此位置上进行数据存取。

4. 使用PHP实现Hash表

首先创建一个HashTable类，有两个属性$buckets和$size。$buckets用于存储数据的数组，$size用于记录$buckets数组大小。然后在构造函数中为$buckets数组分配内存。代码如下：

ClassHashTable{

Private$buckets;

Private$size =10;

Publicfunction __construct(){

$this-> buckets =new SplFixedArray($this->size);

}

}

?>

在构造函数中，为$buckets数组分配了一个大小为10的数组。在这里使用了SPL扩展的SplFixedArray数组，不是一般的数组(array)

这是因为SplFixedArray数组更接近于C语言的数组，而且效率更高。在创建其数组时需要为其提供一个初始化的大小。

注意：要使用SplFixedArray数组必须开启SPl扩展。如果没有开启，可以使用一般的数组代替。

接着为Hash表指定一个Hash函数，为了简单起见，这里使用最简单的Hash算法。也就是上面提到了把字符串的所有字符加起来再取余。代码如下：

Public Function hashfunc($key){

$strlen= strlen($key);

$hashval= 0;

For($i=0;$i< $strlen;$i++){

$hashval+=ord($key{$I});

}

Return $hashval % $this->size;

}

有了Hash函数，就可以实现插入和查找方法。插入数据时，先通过Hash函数计算关键字所在Hash表的位置，然后把数据保存到此位置即可。代码如下：

Public function insert($key,$val){

$index= $this -> hashfunc($key);

$this-> buckets[$index] = $val;

}

查找数据方法与插入数据方法相似，先通过Hash函数计算关键字所在Hash表的位置，然后返回此位置的数据即可。代码如下：

Public function find($key){

$index= $this -> hashfunc($key);

Return$this ->buckets[$index];

}

至此，一个简单的Hash表编写完成，下面测试这个Hash表。代码清单如下：

$ht= new HashTable();

$ht->insert(‘key1’,’value1’);

$ht->insert(‘key2’,’value2’);

Echo$ht ->find(‘key1’);

Echo$ht ->find(‘key2’);

?>

完整代码：#hash.php

 buckets =new SplFixedArray($this->size);                    }                    PublicFunction hashfunc($key){                           $strlen= strlen($key);                           $hashval= 0;                           For($i=0;$i< $strlen;$i++){                                  $hashval+=ord($key{$i});                           }                           return$hashval % $this->size;                    }                    Publicfunction insert($key,$val){                           $index= $this -> hashfunc($key);                           $this-> buckets[$index] = $val;                    }                    Publicfunction find($key){                           $index= $this -> hashfunc($key);                           Return$this ->buckets[$index];                    }               }             $ht = newHashTable();             $ht->insert('key1','value1');             $ht->insert('key2','value2');             Echo $ht->find('key1');             Echo $ht->find('key2'); ?>