python 哈希表实现简单python字典代码实例

class Array(object):
  def __init__(self, size = 32, init = None):
    self._size = size
    self._items = [init] * size
  def __getitem__(self, index):
    return self._items[index]
  def __setitem__(self, index, value):
    self._items[index] = value
  def __len__(self):
    return self._size
  def clear(self, value = None):
    for i in range(self,_items):
      self._items[i] = value
  def __iter__(self):
    for item in self._items:
      yield item
class Slot(object):
  """
  定义一个哈希表数组的槽
  注意：一个槽有三种状态
  1. 从未被使用过，HashMap.UNUSED。 此槽没有被使用和冲突过，查找时只要找到UNUSED 就不用再继续探查了
  2. 使用过但是remove了， 此时是HashMap.EMPTY，该谈差点后面的元素仍可能是有key
  3. 槽正在使用Slot 节点
  """
  def __init__(self, key, value):
    self.key = key
    self.value = value
class HashTable(object):
  UNUSED = None # 表示slot 没有被使用过
  EMPTY = Slot(None, None) # 使用过被删除
  def __init__(self):
    self._table = Array(8, init = HashTable.UNUSED) # 初始化，数组的每个元素都是UNUSED
    self.length = 0
  @property # 内置装饰器，把方法变成属性
  def _load_factor(self):
    return self.length/float(len(self._table))
  def __len__(self):
    return self.length
  def _hash(self, key):
    return abs(hash(key)) % len(self._table) # abs函数返回绝对值 hash 是内置函数 _hash 直接使用内置的哈希函数，对数组的长度取模
  def _find_key(self, key):
    index = self._hash(key) # 先用 _hash方法计算出槽的位置
    _len = len(self._table) # 现保存下来长度
    while self._table[index] is not HashTable.UNUSED:  # 如果这个槽不是没有被使用过
      if self._table[index] is HashTable.EMPTY: # 如果这个槽是，曾经有过值，不过被删除了
        index = (index*5 +1 ) % _len    # cpython 使用的一种解决哈希冲突的方式
        continue
      elif self._table[index].key == key: # 正在使用， 如果key值相同
        return index
      else: # 这里就只剩最后一种可能， 正在使用，但是key没有找到
        index = (index *5 +1) % _len
    return None
  def _slot_can_insert(self, index): # 判断一个槽是否可以插入
    return (self._table[index] is HashTable.EMPTY or self._table[index] is HashTable.UNUSED)
  def _find_slot_for_insert(self,key):  # 寻找一个空槽，用来插入
    index = self._hash(key)
    _len = len(self._table)
    while not self._slot_can_insert(index):
      index = (index*5 + 1) % _len
    return index
  def __contains__(self, key):   # 实现一个in操作符
    index = self._find_key(key)
    return index is not None
  def add(self, key, value):
    if key in self:  # 上面实现的in操作符
      index = self._find_key(key)
      self._table[index].value = value
      return False  # 返回False 表示没有执行插入操作，执行的是更新操作
    else:
      index = self._find_slot_for_insert(key)
      self._table[index] = Slot(key, value) # 这两部可能会调用_slot_can_insert 函数，不管是哪种情况，EMPTY 或 是 UNUSEZD，都将这个节点声明为Slot类
      self.length += 1
      if self._load_factor >= 0.8:
        self._rehash()   # 当空间占用大于0.8 的时候，进行rehash 重新分配空间。
      return True
  def _rehash(self):
    old_table = self._table
    newsize = len(self._table) *2
    self._table = Array(newsize, HashTable.UNUSED)
    self.length = 0
    for slot in old_table:
      if slot is not HashTable.UNUSED and slot is not HashTable.EMPTY:  # 判断这个slot 是有值的
        index = self._find_slot_for_insert(slot.key)  # 找到一个可以插入的槽
        self._table[index] = slot
        self.length += 1
  def get(self, key, default = None):
    index = self._find_key(key)
    if index is None:
      return default
    else:
      return self._table[index].value
  def remove(self,key):
    index = self._find_key(key)
    if index is None:
      raise KeyError()
    value = self._table[index].value
    self.length -= 1
    self._table[index] = HashTable.EMPTY
    return value
  def __iter__(self):   # 遍历操作，python 字典默认遍历的是key，这里实现的也是遍历key
    for slot in self._table:
      if slot not in(HashTable.EMPTY, HashTable.UNUSED):
        yield slot.key
class DictADT(HashTable):

  def __setitem__(self, key, value):  # 设定给定键的值
    self.add(key, value)
  def __getitem__(self, key):   # 返回给定键的值
    if key not in self:
      raise KeyError()
    else:
      return self.get(key)
  def _iter_slot(self):
    for slot in self._table:
      if slot not in (HashTable.EMPTY, HashTable.UNUSED):
        yield slot
  def items(self):
    for slot in self._iter_slot():
      yield (slot.key, slot.value)
  def keys(self):
    for slot in self._iter_slot():
      yield slot.key
  def values(self):
    for slot in self._iter_slot():
      yield slot.value
def test_dict():
  import random
  d = DictADT()
  d['a'] = 1   # 这时候调用 __setitem__ 方法
  assert d['a'] == 1
  d.remove('a')
  l = list(range(30))
  random.suffle(l)  # 打乱l
  for i in l:
    d.add(i, i )
  for i in range(30):
    assert d.get(i) == i
  assert sorted (list(d.keys())) == sorted(l)