C语言中Linux哈希映射的实现方法 (c linux hash map)

哈希映射是一种数据存储和查找的方式，通过将数据映射到数组中的位置来快速查找和操作数据，哈希映射在计算机领域中广泛应用，例如数据库、文件系统、缓存等。Linux内核中实现的哈希映射是一种高效的数据结构，本文将介绍Linux哈希映射的实现方法。

一、哈希表的基本原理

哈希表是一种基于哈希函数实现的数据结构，它通过将一个数据映射到数组中的位置来进行快速的查找和操作数据。哈希函数将不同输入映射到不同的输出，因此，不同的数据经过哈希函数映射得到的位置不同，当我们查找数据时，就可以根据哈希函数计算出该数据所在的位置，并直接读取该位置的数据，因此，哈希表的查找效率非常高。

实现哈希表需要解决两个问题：哈希函数的设计和哈希冲突的解决。哈希函数的设计决定了数据如何映射到数组中的位置，同时也决定了哈希表的性能。哈希冲突是指不同的数据经过哈希函数得到的数组下标相同，此时需要用一种方法来解决这种冲突，常见的方法包括链式法、开放地址法等。

二、Linux哈希映射的实现方法

Linux内核中实现的哈希映射是一种高效的哈希表，它采用了基于链表的解决哈希冲突的方式，可以在短时间内高效地完成数据查找、添加、删除等操作，是Linux内核中一种常用的数据结构。

1. 哈希键和哈希表的定义

在Linux哈希映射中，每一个被存储的数据项都有一个对应的键值，被称作哈希键。哈希键是一个无符号整数，通过哈希函数映射到哈希表中的一个位置。哈希表可以看作是一个由桶(bucket)构成的数组，每个桶都是一条指向哈希键相同的数据项的链表。

哈希表的定义如下：

“`c

struct hlist_head {

struct hlist_node *first;

};

struct hlist_node {

struct hlist_node *next, **pprev;

};

struct hlist_nulls_head {

struct hlist_nulls_node *first;

};

struct hlist_nulls_node {

struct hlist_nulls_node *next, **pprev;

};

struct hlist_head *htable;

“`

其中，`struct hlist_head`结构体表示哈希表中的一个桶，`first`成员表示该桶的头节点；`struct hlist_node`结构体表示哈希表中的一个节点，`next`成员表示该节点的下一个节点，`pprev`成员表示该节点的前一个节点的`next`成员；`struct hlist_nulls_head`结构体和`struct hlist_nulls_node`结构体是带有哑节点(dummy node)的哈希列表，哑节点不存储任何数据，仅作为头节点存在。

2. 哈希函数的设计

哈希函数是将哈希键映射到哈希表中的桶的位置的核心算法，我们需要选择一种高效的哈希函数，使得不同的哈希键可以均匀地分布到哈希表中的各个桶中，从而避免哈希冲突的发生。

在Linux哈希映射中，哈希函数的实现使用了一种叫做MurmurHash的哈希算法。MurmurHash是一种高效的非加密哈希算法，哈希函数的设计如下：

“`c

static inline unsigned int hash_32(unsigned int val, unsigned int bits)

{

/* On some cpus multiply is faster, on others gcc will do shifts */

unsigned int hash = val * GOLDEN_RATIO_PRIME_32;

/* High bits are more random, so use them. */

return hash >> (32 – bits);

}

static inline unsigned int __hashfunc(unsigned int key, unsigned int bits)

{

return hash_32(key, bits);

}

“`

哈希函数使用了一个称为黄金比例`GOLDEN_RATIO_PRIME_32`的值进行乘法运算，并将结果右移一些位数，得出哈希表中的桶位置，`bits`参数指定了哈希表的大小，一般就是哈希表中桶的数量。

3. 哈希表的操作

Linux哈希映射提供了一系列函数来操作哈希表，主要包括以下几个函数：

（1）`hlist_head *hlist_nulls_init(hlist_head *head);`

该函数初始化一个带有哑节点的哈希列表，返回该列表的头节点指针。

（2）`void hlist_nulls_add_head(hlist_node *node, hlist_nulls_head *head);`

该函数向一个带有哑节点的哈希列表添加一个节点，添加的节点成为该哈希列表的头节点。

（3）`void hlist_nulls_del(hlist_node *node);`

该函数删除一个带有哑节点的哈希列表中的一个节点。

（4）`void hash_init(struct htable *ht);`

该函数初始化一个哈希表。

（5）`void hash_add(struct htable *ht, struct hnode *node, unsigned long key);`

该函数向一个哈希表添加一个节点，其中`node`参数为节点指针，`key`参数为该节点的哈希键。

（6）`void hash_del(struct htable *ht, struct hnode *node);`

该函数从一个哈希表中删除一个节点。

（7）`struct hnode *hash_find(struct htable *ht, unsigned long key);`

该函数在一个哈希表中查找一个指定哈希键的节点。

4. 使用方法

使用Linux哈希映射实现数据存储很简单，只需要遵循以下几个步骤即可：

（1）定义一个数据结构

“`c

struct my_data {

unsigned int key;

int value;

struct hnode node;

};

“`

（2）初始化一个哈希表

“`c

struct htable my_table;

hash_init(&my_table);

“`

（3）向哈希表中添加数据

“`c

struct my_data *data;

data = (struct my_data *)malloc(sizeof(struct my_data));

data->key = 100;

data->value = 200;

hash_add(&my_table, &data->node, data->key);

“`

（4）从哈希表中查找数据

“`c

struct my_data *data;

struct hnode *node;

node = hash_find(&my_table, 100);

if (node) {

data = contner_of(node, struct my_data, node);

printf(“value = %d\n”, data->value);

}

“`

（5）从哈希表中删除数据

“`c

struct hnode *node;

node = hash_find(&my_table, 100);

if (node) {

hash_del(&my_table, node);

free(contner_of(node, struct my_data, node));

}

“`

哈希映射是一种高效的数据存储和查找方式，在计算机应用领域广泛应用，Linux哈希映射是一种基于链表解决哈希冲突的高效哈希表实现，具有简单、快速、灵活等优点，可以用于各种大规模数据存储和查找的场景中。在实际应用中，我们需要选择合适的哈希函数来达到高效的哈希映射效果。

相关问题拓展阅读：

• java与C#的区别在哪里？
• 大数据怎么样需要学习什么知识？

java与C#的区别在哪里？

java与c#的区别如下：

1.c#中的命名空间是namespace类似于Java中的package（包），在Java中导入包用import而c#中用using。

2.c#和Java都是从main函数入口的，但是c#中的main函数的首字母必须大写，它有四种写法如下：

static void Main(string args){}

static int Main(string args){}

static void Main(){}

static void Main(){}

而Java中只有一种形式：static void main(String args){}

3．数据类型：Java跟c#基本都差不多，但是Java的String类型的首字母必须大写，而c#中可以小写也可以大写，还有布尔型，Java中是boolean，c#中是bool。

4．变量的命名：Java中可以用$符号，而c#中不可以使用。

5．注释：Java比c#少一种“///”的文档注释。

6．输出：c#有三种方式输出：Cosole.WriteLine(); Cosole.WriteLine(要输出的值); Cosole.WriteLine(“格式字符串”，变量列表); 前两种的用法与Java中的System.out.println()方法的用法相同，第三种方式是根据占位符输出的，比Java更方便了。

7．控制流语句：c#跟Java类似,还有c#中的switch如果case后面有内容必须要有break;Java可以没有break；

8．数组：两种语言的声明都是用new关键字的。都可以在创建数组的同时初始化如：int a={1,2,3,5,5};但是c#比Java多两种初始化如：int a=new int{1,2,3}; int a=new int{1,2,3};

9．方法中传递的参数：两种语言都使用值传递与引用传递。

C#的引用传递的关键字是ref与out，ref侧重于修改，out侧重于输出。而Java中都以传值方式;

10．访问修饰符：C#中的访问修饰符与Java中的基本对应，但多出了一个internal。简而言之，C#有5种类型的可访问性，如下所示：

public：成员可以从任何代码访问。

protected：成员只能从派生类访问。

internal：成员只能从同一程序集的内部访问。

protected：成员只能从同一程序集内的派生类访问。

private：成员只能在当前类的内部访问。

11．由于C#中不存在final关键词，如果想要某个类不再被派生，你可以使用sealed关键词密封。

12．：两种语言都有ArrayList，还有通过键访问值的Java中是HashMap而c#中是HashTable。c#比Java多泛型List与Dictionary更容易了，无需拆箱装箱了，更安全了。

13．继承：Java中用关键字extends，c#只用“：”就行了。调用父类的构造李银方法Java用super关键字，而c#用base关键字。

14．多态：抽象类和抽昌销象方法两种语言都用abstract关键字。Java中另外一个类如果继承了它，实现直接重写此方法就可以了；而c#必须加上关键字override实现。C#还比Java多一种虚方法来实现多态。

15．接口：都用关键字interface定义，Java实现用关键字implements；c#用“：”实现。在C#中，接口内的所有方法默认都是公用方法。在Java中，方法声明可以带有public修饰符（即使这并非必要），但在C#中，显式为接口的方法指定public修饰符是非法的。

16．C#中的is操作符与Java中的instanceof操作符一样，两者都可以用来测试某个对象的实例是否属于特定的类型。哪迅宴在Java中没有与C#中的as操作符等价的操作符。as操作符与is操作符非常相似，但它更富有“进取心”：如果类型正确的话，as操作符会尝试把被测试的对象引用转换成目标类型；否则，它把变量引用设置成null。

17．枚举器即enum类型(java无),把它作为一个变量值的类型使用，从而把变量可能的取值范围限制为枚举器中出现的值。

18．结构（Struct）与类很相似,而结构是一种值类型，它存储在栈中或者是嵌入式的,结构可以实现接口，可以象类一样拥有成员，但结构不支持继承。

19．c#保留了指针。Unsafe。

大数据怎么样需要学习什么知识？

1、基础知识:java+linux

这个是作为基础知识学习的，没学好JAVA和LINUX，大数据是肯定学不懂的，大数据学习的基础就是JAVA。打好基础才能建亮誉房。

2、大数据技术：hadoop生态系统

大数据存储阶段：hbase、hive、sqoop。

大数据架构设计阶段：Flume分布式、Zookeeper、Kafka。

大数据实时计算阶段：Mahout、Spark、storm。

大数据数据采集阶段：Python、Scala。

Hadoop几乎已经成为现在流行的大数据处理平台的代名词了，这个是必学的。Hadoop生态系统里面包括几个组件HDFS、MapReduce和YARN，HDFS是存储数据的地方就像我们电脑的硬盘一样文件都存储在这个上面，MapReduce是对数据进行处理计算的，它有个特点就是不管多大的数据只要给它时间它就能把数据跑完，但是时间可能不是很快滚键宽所以它叫数据的批处理。

具体的精进学习还是要看你从事哪方面的工作，更好根据想大亮从事的行业来工作。我个人比较推荐大数据开发这一方向

大数据是目前和今后的热门技术，前银扮银途看好。

学习大数据要根据自身情况来定，如果你是零基础，那就必须先从基础Java开始学起（大数据支持很多开发语言，但企业用的最多的还是JAVA），接下来学习数据结构、Linux系统操作、关系型数据库，夯实基础之后，再进入大数据的学习，具体可以按照如系：

之一阶段

CORE JAVA （加**的需重点熟练掌握，其他掌握）

Java基础**

数据类型，运算符、循环，算法，顺序结构程序设计，程序结构，数组及多维数组

面向对象**

构造方法、控制符、封装

继承**

多态**

抽象类、接口**

常用类

Collection、list**

HashSet、TreeSet、Collection

类Map**

异常，File

文件/流**

数据流和对象流**

线程（理解即可）

网络通信（理解即可）

第二阶段

数据结构

关系型数据库

Linux系统操作

Linux操作系统概述，安装Linux操作系统，图形界面操作基础，Linux字符界面基础，字符界面操作进阶，用户、组群和权限管理，文件系统管理，软件包管理与系统备份，Linux网络配置 （主要掌握Linux操作系统的理论基础和服务器配置实践知识，同时通过大量实验，着重培养动手能力。了解Linux操作系统在行业中的重要地位和广泛的使用范围。在学习Linux的基础上，加深对服务器操作系统的缺岁认识和实践配置能力。加深对计算机网络基础知识的理解，并在实践中加以应用。掌握Linux操作系统的安装、命令行操作、用户管理、磁盘管理、文件系统管理、软件包管理、进程管理、系统监测和系统故障排除。掌握Linux操作系统的网络配置、DNS、DHCP、HTTP、FTP、TP和POP3服务的配置与管理。为更深一步学习其它网络操作系统和软件系统开发奠定坚实的基础。与此同时，如果大家有时间把javaweb及框架学习一番，会让你的大数据学习更自由一些）

重点掌握：

常见算法

数据库表设计，SQL语句，Linux常见命令

第三阶段

Hadoop阶段

离线分析阶段

实时计算阶段

重点掌握：

Hadoop基础，HDFS，MapReduce，分布式集群，Hive，Hbase，Sqoop

，Pig，Storm实时数据处理平台，Spark平台

以上就是笔者总结学习阶段，如果还想了解更多的知识，还可以关注一些如“大数据cn”这类公众号，建议每个想要学习大数据的人，按照这个学习阶段循序渐进，不断完善自己的锋宴知识架构，提升自身的理论知识，然后找一个合适的项目，跟着团队去做项目，积累自己的经验，相信会在大数据的舞台上展现出很好的自己！

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