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一、哈希表介绍

① 哈希存储（散列存储）：将要存储数据的关键字（key）和数据存储位置值之间建立起对应的函数映射关系。

• 当数据存储时，根据该关系映射数据的存储位置；
• 当查找数据时，利用该函数关系运算出数据的存储位置；

② 目的：为了快速检索数据，从而实现 O(1) 级别的快速读写。

③ 哈希表的核心三要素（缺一不可）：

部件	作用	关键要求
哈希函数 (Hash Function)	把任意长度的 Key（如字符串）转化为一个整数（数组下标）。	计算要快；分布要均匀（避免扎堆）。
数组 (Array / Buckets)	真正存储数据的地方。也叫“桶数组”。	大小可动态扩展（扩容）。
冲突解决机制 (Collision Resolution)	当两个不同 Key 落在同一个下标时，如何处理。	决定哈希表的稳定性和最坏情况性能。

④核心问题：哈希冲突（Collision）/哈希矛盾

因为输入空间无限，数组空间有限，必然会出现两个不同的 Key 算出了同一个下标。

⑤ 解决哈希冲突的方法:

解决方案	原理	优缺点
链地址法（拉链法）	每个位置是一个链表，冲突了就挂到链表尾部。	实现简单，删除方便；但链表太长时查询退化为 O(n)。
开放寻址法（线性探测）	冲突了就往后找下一个空位放进去。	数据全存在数组里，缓存友好；但删除麻烦，且容易产生“聚集”效应。

二、链地址法的实现

2.1 哈希表的声明/创建

//哈希表中每个节点要存储的业务数据 typedef struct info { char name[32]; char tel[16]; }DataType_t; //链表节点（哈希桶的挂载点） typedef struct node { DataType_t data; struct node *pnext; }HSNode_t; #define HASH_MAX_SIZE 27 //创建哈希表 HSNode_t *hash_table[HASH_MAX_SIZE] = {NULL}; HSNode_t *ptmp = NULL; DataType_t pers[] = {{"zhangsan", "110"}, {"lisi", "112"}, {"wanger", "120"}, {"zhaowu", "119"}, {"maliu", "10086"}};

2.2 创建哈希函数

//创建哈希函数，把字符映射到数组下标 int hash_function(char key) { if (key >= 'a' && key <= 'z') //判断是否小写字母 { return key - 'a'; //小写字母映射到 0~25 } else if (key >= 'A' && key <= 'Z')//判断是否大写字母 { return key - 'A'; //大写字母也映射到 0~25 } else { return HASH_MAX_SIZE-1;//其他字符全部塞到最后一个桶 } }

2.3 哈希表中插入数据（头插法）

//哈希表中插入数据，头插法 //二级指针指向哈希表桶数组的指针（数组本身是指针数组，所以需要二级指针才能修改数组内容） int insert_hash_table(HSNode_t **hash_table, DataType_t data) { HSNode_t *pnode = malloc(sizeof(HSNode_t)); //在堆上动态分配一个节点所需的内存 if (NULL == pnode) { printf("malloc error\n"); return -1; } pnode->data = data; //结构体整体赋值 pnode->pnext = NULL; //新节点的next指针先置空 int addr = hash_function(data.name[0]); //取姓名的第一个字符 pnode->pnext = hash_table[addr] ; // 新节点指向旧头节点 hash_table[addr] = pnode;//更新桶的头指针为新节点 return 0; }

2.4 遍历哈希表

void show_hash_table(HSNode_t **hash_table) { for (int i = 0; i < HASH_MAX_SIZE; i++) //依次访问哈希表的每个桶（槽位） { HSNode_t *ptmp = hash_table[i]; //定义一个临时指针，指向当前桶的链表头 while (ptmp != NULL) //遍历当前桶的链表 { printf("%s : %s\n", ptmp->data.name, ptmp->data.tel); ptmp = ptmp->pnext; //将临时指针移动到下一个节点 } printf("\n"); } }

2.5 哈希表中查找数据

//基于名字查找 HSNode_t *find_hash_table(HSNode_t **hash_table, char *name) { int addr = hash_function(name[0]); //取姓名的第一个字符 HSNode_t *ptmp = hash_table[addr]; //临时指针指向该桶的链表头节点 while (ptmp != NULL) //遍历链表，直到链表末尾 { //字符串比较，判断姓名是否匹配，如果相等（返回0），则找到 if (0 == strcmp(ptmp->data.name, name)) { return ptmp; } ptmp = ptmp->pnext; //指针后移，继续遍历 } return NULL; }

2.6 销毁哈希表

void destroy_hash_table(HSNode_t **hash_table) { for (int i = 0; i < HASH_MAX_SIZE; i++) //外层循环——遍历所有桶 { HSNode_t *ptmp = hash_table[i]; //临时指针，指向当前桶的链表头 while (hash_table[i] != NULL) //内层循环——释放当前桶的所有节点 { hash_table[i] = ptmp->pnext; //更新头指针，将头指针指向下一个节点 free(ptmp); //释放当前节点，释放 ptmp 指向的内存块 ptmp = hash_table[i]; //移动临时指针，将临时指针指向新的头节点 } } } //执行过程图解（假设桶[3]有3个节点）： 【初始状态】 hash_table[3] → [A|pnext] → [B|pnext] → [C|pnext] → NULL ↑ ptmp 【第1次循环】hash_table[3] != NULL ✅ ① hash_table[3] = ptmp->pnext → hash_table[3] 指向 B ② free(ptmp) → 释放 A ③ ptmp = hash_table[3] → ptmp 指向 B 当前状态： hash_table[3] → [B|pnext] → [C|pnext] → NULL ↑ ptmp 【第2次循环】hash_table[3] != NULL ✅ ① hash_table[3] = ptmp->pnext → hash_table[3] 指向 C ② free(ptmp) → 释放 B ③ ptmp = hash_table[3] → ptmp 指向 C 当前状态： hash_table[3] → [C|pnext] → NULL ↑ ptmp 【第3次循环】hash_table[3] != NULL ✅ ① hash_table[3] = ptmp->pnext → hash_table[3] 指向 NULL ② free(ptmp) → 释放 C ③ ptmp = hash_table[3] → ptmp 指向 NULL 当前状态： hash_table[3] → NULL ↑ ptmp (指向NULL) 【第4次循环】hash_table[3] == NULL ❌ 退出循环

2.7 附件代码

① hash.h

#ifndef __HASH_H__ #define __HASH_H__ typedef struct info { char name[32]; char tel[16]; }DataType_t; typedef struct node { DataType_t data; struct node *pnext; }HSNode_t; #define HASH_MAX_SIZE 27 extern int insert_hash_table(HSNode_t **hash_table, DataType_t data); void show_hash_table(HSNode_t **hash_table); extern HSNode_t *find_hash_table(HSNode_t **hash_table, char *name); extern void destroy_hash_table(HSNode_t **hash_table); #endif

② hash.c

#include "hash.h" #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> int hash_function(char key) { if (key >= 'a' && key <= 'z') { return key - 'a'; } else if (key >= 'A' && key <= 'Z') { return key - 'A'; } else { return HASH_MAX_SIZE-1; } } int insert_hash_table(HSNode_t **hash_table, DataType_t data) { HSNode_t *pnode = malloc(sizeof(HSNode_t)); if (NULL == pnode) { printf("malloc error\n"); return -1; } pnode->data = data; pnode->pnext = NULL; int addr = hash_function(data.name[0]); pnode->pnext = hash_table[addr] ; //--->phead hash_table[addr] = pnode; return 0; } void show_hash_table(HSNode_t **hash_table) { for (int i = 0; i < HASH_MAX_SIZE; i++) { HSNode_t *ptmp = hash_table[i]; while (ptmp != NULL) { printf("%s : %s\n", ptmp->data.name, ptmp->data.tel); ptmp = ptmp->pnext; } printf("\n"); } } HSNode_t *find_hash_table(HSNode_t **hash_table, char *name) { int addr = hash_function(name[0]); HSNode_t *ptmp = hash_table[addr]; while (ptmp != NULL) { if (0 == strcmp(ptmp->data.name, name)) { return ptmp; } ptmp = ptmp->pnext; } return NULL; } void destroy_hash_table(HSNode_t **hash_table) { for (int i = 0; i < HASH_MAX_SIZE; i++) { HSNode_t *ptmp = hash_table[i]; while (hash_table[i] != NULL) { hash_table[i] = ptmp->pnext; free(ptmp); ptmp = hash_table[i]; } } }

③ main.c

#include "hash.h" #include <stdio.h> int main(int argc, const char *argv[]) { HSNode_t *hash_table[HASH_MAX_SIZE] = {NULL}; HSNode_t *ptmp = NULL; DataType_t pers[] = {{"zhangsan", "110"}, {"lisi", "112"}, {"wanger", "120"}, {"zhaowu", "119"}, {"maliu", "10086"}}; insert_hash_table(hash_table, pers[0]); insert_hash_table(hash_table, pers[1]); insert_hash_table(hash_table, pers[2]); insert_hash_table(hash_table, pers[3]); insert_hash_table(hash_table, pers[4]); show_hash_table(hash_table); ptmp = find_hash_table(hash_table, "zhaowu"); if (ptmp != NULL) { printf("find : %s : %s\n", ptmp->data.name, ptmp->data.tel); } destroy_hash_table(hash_table); return 0; }

三、工程管理工具makefile

3.1 makefile介绍

① makefile：用来组织和管理代码工程的编译和链接，通过make工具解释和执行。

② Makefile 通过定义规则来指导 make 工具进行程序的编译和链接，能够智能地选择需要编译的代码文件。

③ Makefile 会根据文件间的依赖关系和修改时间戳，自动判断哪些代码需要重新编译，哪些可以直接使用之前的编译结果。

④ C语言中.h/.c文件介绍

.h文件

• 只放声明（函数原型、外部变量、宏、类型定义），可以多次被包含。
• 函数原型（int add(int a, int b);）函数声明
• 外部全局变量声明（extern int global_counter;）
• 类型定义（typedef struct、enum）
• 宏定义（#define PI 3.14159）
• 防止重复包含的#ifndef/#define/#endif 守卫

.c文件

• 放定义（函数体、变量实体）。只能被编译一次。
• 必须#include自己的头文件（确保声明和定义一致）
• 函数的具体代码体
• 定义头文件里声明过的全局变量（不带extern）
• 模块内部私有的辅助函数（用static修饰，防止外部调用）

3.2 makefile使用

① 文件名要求：Makefile/makefile; 编译：make

② Makefile核心规则：目标文件一般是a.out,依赖文件一般是.c文件

目标文件:依赖文件(回车)
(TAB键)编译规则
③ Makefile的语法

1）自定义变量：字符串的方式；自定义变量的名称 = 值
= := 给变量直接赋值
+= 在原变量基础上增加新值
?= 变量如果没有被赋值，则赋新值，如果之前有被赋值，则保留原值
引用变量： $(变量名) -----> 使用该变量中的值

2) 系统变量

$@ : 目标文件
$^ : 所有的依赖文件（源文件）
$< : 第一个依赖文件

④ 时间戳：根据文件修改的时间戳，只编译最后发生修改的源文件，最后完成所有文件的链接。

gcc编译的4步骤：

• 预处理：处理#相关的命令 gcc -E main.c -o main.i
• 编译：将源文件编译成汇编程序 gcc -S main.i -o mian.s
• 汇编：将汇编指令转换成二进制指令 gcc -c main.s -o main.o
• 链接：完成函数，库等的链接操作 gcc main.o xxx.o -o a.out

⑤（链接规则）编译并链接

vi makefile #目标文件 OBJ=a.out #源文件 SRC=main.c SRC+=hash.c #编译器 CC=gcc # 编译选项 FLAG= # 编译规则，这个规则是直接编译+链接，一步到位 $(OBJ) : $(SRC) # $(CC) $(SRC) -o $(OBJ) $(FLAG) $(CC) $^ -o $@ $(FLAG) # 清理编译产物 clean: rm $(OBJ) //使用方式 make # 编译 make clean # 删除可执行文件

⑥（编译规则）编译+链接

vi makefile #目标文件 OBJ=a.out #源文件 SRC=main.o SRC+=hash.o #编译器 CC=gcc # 编译选项 FLAG= # 编译规则，这个规则是直接编译+链接，一步到位 $(OBJ) : $(SRC) # $(CC) $(SRC) -o $(OBJ) $(FLAG) $(CC) $^ -o $@ $(FLAG) #根据时间戳更新，%通配符，只编译，不链接 %.o : %.c $(CC) -c $^ -o $@ #main.o:main.c # $(CC) -c main.c -o main.o #hash.o:hash.c # $(CC) -c hash.c -o hash.0 # 清理编译产物 clean: rm $(OBJ) //使用方式 make # 编译 make clean # 删除可执行文件