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哈希映射是一種數(shù)據(jù)存儲和查找的方式，通過將數(shù)據(jù)映射到數(shù)組中的位置來快速查找和操作數(shù)據(jù)，哈希映射在計算機領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)、緩存等。Linux內(nèi)核中實現(xiàn)的哈希映射是一種高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本文將介紹Linux哈希映射的實現(xiàn)方法。
一、哈希表的基本原理
哈希表是一種基于哈希函數(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過將一個數(shù)據(jù)映射到數(shù)組中的位置來進行快速的查找和操作數(shù)據(jù)。哈希函數(shù)將不同輸入映射到不同的輸出，因此，不同的數(shù)據(jù)經(jīng)過哈希函數(shù)映射得到的位置不同，當(dāng)我們查找數(shù)據(jù)時，就可以根據(jù)哈希函數(shù)計算出該數(shù)據(jù)所在的位置，并直接讀取該位置的數(shù)據(jù)，因此，哈希表的查找效率非常高。
實現(xiàn)哈希表需要解決兩個問題：哈希函數(shù)的設(shè)計和哈希沖突的解決。哈希函數(shù)的設(shè)計決定了數(shù)據(jù)如何映射到數(shù)組中的位置，同時也決定了哈希表的性能。哈希沖突是指不同的數(shù)據(jù)經(jīng)過哈希函數(shù)得到的數(shù)組下標(biāo)相同，此時需要用一種方法來解決這種沖突，常見的方法包括鏈?zhǔn)椒?、開放地址法等。
二、Linux哈希映射的實現(xiàn)方法
Linux內(nèi)核中實現(xiàn)的哈希映射是一種高效的哈希表，它采用了基于鏈表的解決哈希沖突的方式，可以在短時間內(nèi)高效地完成數(shù)據(jù)查找、添加、刪除等操作，是Linux內(nèi)核中一種常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
1. 哈希鍵和哈希表的定義
在Linux哈希映射中，每一個被存儲的數(shù)據(jù)項都有一個對應(yīng)的鍵值，被稱作哈希鍵。哈希鍵是一個無符號整數(shù)，通過哈希函數(shù)映射到哈希表中的一個位置。哈希表可以看作是一個由桶(bucket)構(gòu)成的數(shù)組，每個桶都是一條指向哈希鍵相同的數(shù)據(jù)項的鏈表。
哈希表的定義如下：
“`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`結(jié)構(gòu)體表示哈希表中的一個桶，`first`成員表示該桶的頭節(jié)點；`struct hlist_node`結(jié)構(gòu)體表示哈希表中的一個節(jié)點，`next`成員表示該節(jié)點的下一個節(jié)點，`pprev`成員表示該節(jié)點的前一個節(jié)點的`next`成員；`struct hlist_nulls_head`結(jié)構(gòu)體和`struct hlist_nulls_node`結(jié)構(gòu)體是帶有啞節(jié)點(dummy node)的哈希列表，啞節(jié)點不存儲任何數(shù)據(jù)，僅作為頭節(jié)點存在。
2. 哈希函數(shù)的設(shè)計
哈希函數(shù)是將哈希鍵映射到哈希表中的桶的位置的核心算法，我們需要選擇一種高效的哈希函數(shù)，使得不同的哈希鍵可以均勻地分布到哈希表中的各個桶中，從而避免哈希沖突的發(fā)生。
在Linux哈希映射中，哈希函數(shù)的實現(xiàn)使用了一種叫做MurmurHash的哈希算法。MurmurHash是一種高效的非加密哈希算法，哈希函數(shù)的設(shè)計如下：
“`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);
}
“`
哈希函數(shù)使用了一個稱為黃金比例`GOLDEN_RATIO_PRIME_32`的值進行乘法運算，并將結(jié)果右移一些位數(shù)，得出哈希表中的桶位置，`bits`參數(shù)指定了哈希表的大小，一般就是哈希表中桶的數(shù)量。
3. 哈希表的操作
Linux哈希映射提供了一系列函數(shù)來操作哈希表，主要包括以下幾個函數(shù)：
（1）`hlist_head *hlist_nulls_init(hlist_head *head);`
該函數(shù)初始化一個帶有啞節(jié)點的哈希列表，返回該列表的頭節(jié)點指針。
（2）`void hlist_nulls_add_head(hlist_node *node, hlist_nulls_head *head);`
該函數(shù)向一個帶有啞節(jié)點的哈希列表添加一個節(jié)點，添加的節(jié)點成為該哈希列表的頭節(jié)點。
（3）`void hlist_nulls_del(hlist_node *node);`
該函數(shù)刪除一個帶有啞節(jié)點的哈希列表中的一個節(jié)點。
（4）`void hash_init(struct htable *ht);`
該函數(shù)初始化一個哈希表。
（5）`void hash_add(struct htable *ht, struct hnode *node, unsigned long key);`
該函數(shù)向一個哈希表添加一個節(jié)點，其中`node`參數(shù)為節(jié)點指針，`key`參數(shù)為該節(jié)點的哈希鍵。
（6）`void hash_del(struct htable *ht, struct hnode *node);`
該函數(shù)從一個哈希表中刪除一個節(jié)點。
（7）`struct hnode *hash_find(struct htable *ht, unsigned long key);`
該函數(shù)在一個哈希表中查找一個指定哈希鍵的節(jié)點。
4. 使用方法
使用Linux哈希映射實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲很簡單，只需要遵循以下幾個步驟即可：
（1）定義一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
“`c
struct my_data {
unsigned int key;
int value;
struct hnode node;
};
“`
（2）初始化一個哈希表
“`c
struct htable my_table;
hash_init(&my_table);
“`
（3）向哈希表中添加數(shù)據(jù)
“`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）從哈希表中查找數(shù)據(jù)
“`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）從哈希表中刪除數(shù)據(jù)
“`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));
}
“`
哈希映射是一種高效的數(shù)據(jù)存儲和查找方式，在計算機應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，Linux哈希映射是一種基于鏈表解決哈希沖突的高效哈希表實現(xiàn)，具有簡單、快速、靈活等優(yōu)點，可以用于各種大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲和查找的場景中。在實際應(yīng)用中，我們需要選擇合適的哈希函數(shù)來達到高效的哈希映射效果。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- java與C#的區(qū)別在哪里？
- 大數(shù)據(jù)怎么樣需要學(xué)習(xí)什么知識？
java與C#的區(qū)別在哪里？
java與c#的區(qū)別如下：
1.c#中的命名空間是namespace類似于Java中的package（包），在Java中導(dǎo)入包用import而c#中用using。
2.c#和Java都是從main函數(shù)入口的，但是c#中的main函數(shù)的首字母必須大寫，它有四種寫法如下：
static void Main(string args){}
static int Main(string args){}
static void Main(){}
static void Main(){}
而Java中只有一種形式：static void main(String args){}
3．?dāng)?shù)據(jù)類型：Java跟c#基本都差不多，但是Java的String類型的首字母必須大寫，而c#中可以小寫也可以大寫，還有布爾型，Java中是boolean，c#中是bool。
4．變量的命名：Java中可以用$符號，而c#中不可以使用。
5．注釋：Java比c#少一種“///”的文檔注釋。
6．輸出：c#有三種方式輸出：Cosole.WriteLine(); Cosole.WriteLine(要輸出的值); Cosole.WriteLine(“格式字符串”，變量列表); 前兩種的用法與Java中的System.out.println()方法的用法相同，第三種方式是根據(jù)占位符輸出的，比Java更方便了。
7．控制流語句：c#跟Java類似,還有c#中的switch如果case后面有內(nèi)容必須要有break;Java可以沒有break；
8．?dāng)?shù)組：兩種語言的聲明都是用new關(guān)鍵字的。都可以在創(chuàng)建數(shù)組的同時初始化如：int a={1,2,3,5,5};但是c#比Java多兩種初始化如：int a=new int{1,2,3}; int a=new int{1,2,3};
9．方法中傳遞的參數(shù)：兩種語言都使用值傳遞與引用傳遞。
C#的引用傳遞的關(guān)鍵字是ref與out，ref側(cè)重于修改，out側(cè)重于輸出。而Java中都以傳值方式;
10．訪問修飾符：C#中的訪問修飾符與Java中的基本對應(yīng)，但多出了一個internal。簡而言之，C#有5種類型的可訪問性，如下所示：
public：成員可以從任何代碼訪問。
protected：成員只能從派生類訪問。
internal：成員只能從同一程序集的內(nèi)部訪問。
protected：成員只能從同一程序集內(nèi)的派生類訪問。
private：成員只能在當(dāng)前類的內(nèi)部訪問。
11．由于C#中不存在final關(guān)鍵詞，如果想要某個類不再被派生，你可以使用sealed關(guān)鍵詞密封。
12．：兩種語言都有ArrayList，還有通過鍵訪問值的Java中是HashMap而c#中是HashTable。c#比Java多泛型List與Dictionary更容易了，無需拆箱裝箱了，更安全了。
13．繼承：Java中用關(guān)鍵字extends，c#只用“：”就行了。調(diào)用父類的構(gòu)造李銀方法Java用super關(guān)鍵字，而c#用base關(guān)鍵字。
14．多態(tài)：抽象類和抽昌銷象方法兩種語言都用abstract關(guān)鍵字。Java中另外一個類如果繼承了它，實現(xiàn)直接重寫此方法就可以了；而c#必須加上關(guān)鍵字override實現(xiàn)。C#還比Java多一種虛方法來實現(xiàn)多態(tài)。
15．接口：都用關(guān)鍵字interface定義，Java實現(xiàn)用關(guān)鍵字implements；c#用“：”實現(xiàn)。在C#中，接口內(nèi)的所有方法默認(rèn)都是公用方法。在Java中，方法聲明可以帶有public修飾符（即使這并非必要），但在C#中，顯式為接口的方法指定public修飾符是非法的。
16．C#中的is操作符與Java中的instanceof操作符一樣，兩者都可以用來測試某個對象的實例是否屬于特定的類型。哪迅宴在Java中沒有與C#中的as操作符等價的操作符。as操作符與is操作符非常相似，但它更富有“進取心”：如果類型正確的話，as操作符會嘗試把被測試的對象引用轉(zhuǎn)換成目標(biāo)類型；否則，它把變量引用設(shè)置成null。
17．枚舉器即enum類型(java無),把它作為一個變量值的類型使用，從而把變量可能的取值范圍限制為枚舉器中出現(xiàn)的值。
18．結(jié)構(gòu)（Struct）與類很相似,而結(jié)構(gòu)是一種值類型，它存儲在棧中或者是嵌入式的,結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)接口，可以象類一樣擁有成員，但結(jié)構(gòu)不支持繼承。
19．c#保留了指針。Unsafe。
大數(shù)據(jù)怎么樣需要學(xué)習(xí)什么知識？
1、基礎(chǔ)知識:java+linux
這個是作為基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的，沒學(xué)好JAVA和LINUX，大數(shù)據(jù)是肯定學(xué)不懂的，大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)就是JAVA。打好基礎(chǔ)才能建亮譽房。
2、大數(shù)據(jù)技術(shù)：hadoop生態(tài)系統(tǒng)
大數(shù)據(jù)存儲階段：hbase、hive、sqoop。
大數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計階段：Flume分布式、Zookeeper、Kafka。
大數(shù)據(jù)實時計算階段：Mahout、Spark、storm。
大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集階段：Python、Scala。
Hadoop幾乎已經(jīng)成為現(xiàn)在流行的大數(shù)據(jù)處理平臺的代名詞了，這個是必學(xué)的。Hadoop生態(tài)系統(tǒng)里面包括幾個組件HDFS、MapReduce和YARN，HDFS是存儲數(shù)據(jù)的地方就像我們電腦的硬盤一樣文件都存儲在這個上面，MapReduce是對數(shù)據(jù)進行處理計算的，它有個特點就是不管多大的數(shù)據(jù)只要給它時間它就能把數(shù)據(jù)跑完，但是時間可能不是很快滾鍵寬所以它叫數(shù)據(jù)的批處理。
具體的精進學(xué)習(xí)還是要看你從事哪方面的工作，更好根據(jù)想大亮從事的行業(yè)來工作。我個人比較推薦大數(shù)據(jù)開發(fā)這一方向
大數(shù)據(jù)是目前和今后的熱門技術(shù)，前銀扮銀途看好。
學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)要根據(jù)自身情況來定，如果你是零基礎(chǔ)，那就必須先從基礎(chǔ)Java開始學(xué)起（大數(shù)據(jù)支持很多開發(fā)語言，但企業(yè)用的最多的還是JAVA），接下來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Linux系統(tǒng)操作、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，夯實基礎(chǔ)之后，再進入大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，具體可以按照如系：
之一階段
CORE JAVA （加**的需重點熟練掌握，其他掌握）
Java基礎(chǔ)**
數(shù)據(jù)類型，運算符、循環(huán)，算法，順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計，程序結(jié)構(gòu)，數(shù)組及多維數(shù)組
面向?qū)ο?*
構(gòu)造方法、控制符、封裝
繼承**
多態(tài)**
抽象類、接口**
常用類
Collection、list**
HashSet、TreeSet、Collection
類Map**
異常，F(xiàn)ile
文件/流**
數(shù)據(jù)流和對象流**
線程（理解即可）
網(wǎng)絡(luò)通信（理解即可）
第二階段
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫
Linux系統(tǒng)操作
Linux操作系統(tǒng)概述，安裝Linux操作系統(tǒng)，圖形界面操作基礎(chǔ)，Linux字符界面基礎(chǔ)，字符界面操作進階，用戶、組群和權(quán)限管理，文件系統(tǒng)管理，軟件包管理與系統(tǒng)備份，Linux網(wǎng)絡(luò)配置 （主要掌握Linux操作系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和服務(wù)器配置實踐知識，同時通過大量實驗，著重培養(yǎng)動手能力。了解Linux操作系統(tǒng)在行業(yè)中的重要地位和廣泛的使用范圍。在學(xué)習(xí)Linux的基礎(chǔ)上，加深對服務(wù)器操作系統(tǒng)的缺歲認(rèn)識和實踐配置能力。加深對計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的理解，并在實踐中加以應(yīng)用。掌握Linux操作系統(tǒng)的安裝、命令行操作、用戶管理、磁盤管理、文件系統(tǒng)管理、軟件包管理、進程管理、系統(tǒng)監(jiān)測和系統(tǒng)故障排除。掌握Linux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置、DNS、DHCP、HTTP、FTP、TP和POP3服務(wù)的配置與管理。為更深一步學(xué)習(xí)其它網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)開發(fā)奠定堅實的基礎(chǔ)。與此同時，如果大家有時間把javaweb及框架學(xué)習(xí)一番，會讓你的大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)更自由一些）
重點掌握：
常見算法
數(shù)據(jù)庫表設(shè)計，SQL語句，Linux常見命令
第三階段
Hadoop階段
離線分析階段
實時計算階段
重點掌握：
Hadoop基礎(chǔ)，HDFS，MapReduce，分布式集群，Hive，Hbase，Sqoop
，Pig，Storm實時數(shù)據(jù)處理平臺，Spark平臺
以上就是筆者總結(jié)學(xué)習(xí)階段，如果還想了解更多的知識，還可以關(guān)注一些如“大數(shù)據(jù)cn”這類公眾號，建議每個想要學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的人，按照這個學(xué)習(xí)階段循序漸進，不斷完善自己的鋒宴知識架構(gòu)，提升自身的理論知識，然后找一個合適的項目，跟著團隊去做項目，積累自己的經(jīng)驗，相信會在大數(shù)據(jù)的舞臺上展現(xiàn)出很好的自己！
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文章題目：C語言中Linux哈希映射的實現(xiàn)方法 (c linux hash map)
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