浅谈Hashtable与Dictionary的异同

以前对于这两个集合类的认识只是停留在是否支持泛型上，这几天趁着看算法导论的机会，把两个类的内部的实现机制好好的了解了一下。

Hashtable和Dictionary从数据结构上来说都属于Hashtable，都是对关键字（键值）进行散列操作，将关键字散列到Hashtable的某一个槽位中去，不同的是处理碰撞的方法。散列函数有可能将不同的关键字散列到Hashtable中的同一个槽中去，这个时候我们称发生了碰撞，为了将数据插入进去，我们需要另外的方法来解决这个问题。

链接法(chaining)

在链接法中，把散列到同一个槽中的所有元素放在一个链表中，槽中有一个指针，指向链表的头，如果没有的话，则为NIL。对于一个能存放n个元素，具有m个槽位的散列表，我们定义装载因子a为n/m,即一个链中平均存储的元素的个数。

链接法中的加入，删除，寻找操作其实基本上就是链表的基本操作。在这里就不仔细讲了。

开放寻址法(open addressing)

在开放寻址法中，所有的元素都保存在散列表中，而不是像链接法，数据保存在外部的链表中，在开放寻址法中，由于数据全部存储在散列表中，所以槽位一定会大于等于n,也就是说，装载因子一定会小于等于1。

在开放寻址法中，当要插入一个元素时，我们将关键字和探查号(从0开始累加)作为输入传给散列函数，散列函数返回对应的槽位。插入的时候首先查找hash(key,0)这个槽，如果不为空则探查号+1,继续查下一个槽，直到找到空槽，或者得知散列表已满。查找的过程和插入类似，查找关键字的时候如果我们碰到了空槽，查找就结束，因为如果关键字存在的话，那么也应该会出现在这个地方。

开放寻址法中比较特殊的是删除操作，如果删除数据置为null的话，那么就会有一个问题，比如我们插入过程中插入k的时候发现槽i已经被占用，我们插到后面的槽中，如果删除的时候我们简单的将槽i置为null,那么查找的时候关键字k就不会被找到。这个问题我们可以用一个标志位来解决。具体的实现会在下面讲到。

双重散列

开放寻址法的探查方法有多种，在这里只讲一下双重探查，因为这种方法是最好的方法之一，而且它被用在Hashtable中。

这里和为辅助散列函数，第一次为，后续的探查位置在的基础上加上偏移量,然后对m进行模运算。这里需要提一下的是为了查找整个散列表，需要与槽的大小m互质，等下可以看到在Hashtable类中是如何满足这个条件的。

在解释了链接法和开放寻址法后，来讲讲Hashtable和Dictionary。

Hashtable这个类采用的是开放寻址法来解决碰撞的问题，下面来看看Hashtable的一个构造函数

this.loadFactor = 0.72f * loadFactor;    
 double num = ((float) capacity) / this.loadFactor;    
 if (num > 2147483647.0)    
 {    
   throw new ArgumentException(Environment.GetResourceString("Arg_HTCapacityOverflow"));    
}    
 int num2 = (num > 11.0) ? HashHelpers.GetPrime((int) num) : 11;    
 this.buckets = new bucket[num2];    
 this.loadsize = (int) (this.loadFactor * num2);    
 this.isWriterInProgress = false;  

构造函数会在传入装载因子的基础上乘以0.72,这个值是微软认为的比较理想的一个值。上面已经说过了在双重散列时需要保持和槽的大小m互质，我们只需要保证m为质数，而比m小，这样就能保证他们总是互质。在这里HashHelpers.GetPrime实现的就是传回一个比num大的质数，这样能保证num2这个量总为一个质数，然后把槽数组建立起来。

(this.GetHash(key) & 0x7fffffff)这个相当于双散列公式中的，1 + ((uint) (((seed >> 5) + 1) % (hashsize - 1)));则相当于,

槽中的hash_coll用来存放key对应的hashcode,最高位用来标识是否发生了碰撞，发生碰撞的槽的最高位会被置为1，搜索的时候，如果最高位为1那么搜寻函数会继续搜索，注意contains方法中的while条件,

do   
 {    
    bucket = buckets[index];    
   if (bucket.key == null)    
   {    
      return false;    
    }    
    if (((bucket.hash_coll & 0x7fffffff) == num3) && this.KeyEquals(bucket.key, key))    
    {    
       return true;    
   }    
    index = (int) ((index + num2) % ((ulong) buckets.Length));    
 }    
 while ((bucket.hash_coll < 0) && (++num4 < buckets.Length));  

public struct Entry<TKey, TValue>    
{    
   public int hashCode;    
   public int next;    
  public TKey key;    
   public TValue value;    
 }  

稍微需要提一下的是Remove方法，为了将删除的节点的Entry进行重用，Dictionary中有一个freeList字段，删除的节点的下标值，为赋给freeList，在Add操作的时候如果freeList>0则将数据插入到freeList指向的Entry中去。

原文链接：http://www.cnblogs.com/MichaelYin/archive/2011/02/14/1954724.html

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