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。
