• 14 BasicHashTable基本哈希表类(一)——Live555源码阅读(一)基本组件类


    这是Live555源码阅读的第一部分,包括了时间类,延时队列类,处理程序描述类,哈希表类这四个大类。

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    BasicHashTable基本哈希表类

    这个类搞的很复杂,实质上没什么东西,就是很难看。

    先画一个简图

    BasicHashTable

    先说说这个BasicHashTable的设计吧。

    这个表的内部嵌套定义了一个TableEntry(表条目)的类,这个类有一个键key,一个值value,以及指向同一个索引下一个条目的指针(此处很有用,为什么要这么设置,后面会说到的)。这里的keychar const*类型,但其并不一定是如此,可以是unsigned类型等,这里只是一个代表。

    BasicHashTable的内部定义了一个TableEntry*类型的数组fStaticBuckets,是用来保存表条目的,默认是4个元素。还有一个指向这个数组的指针fBuckets,为什么还要这个数组呢?因为可能哈希表要扩展,4个元素不够用。所以又定义了一个成员fNumBuckets来标识桶(Buckets)的数量,一个桶就是一个数组元素空间。除此之外还需要知道以及保存了多少个条目,于是又有了成员fNumEntries。还有一个就是条目的键的类型,这个在创建哈希表的时候就要确定,所以又增加了成员fKeyType

    还有一个成员fRebuildSize,这个成员是用来确定什么时候该重建的。每次在Add方法调用的时候就会判断当前已有条目数是否达到了fRebuildSize,如果达到了就该重建了。它的值是现有桶数的3倍。前面说了,一个桶可以保存一个TableEntry* 类型的变量,也就是一个条目的地址,而每一个TableEntry对象中,又含有一个fNext变量,指向下一个条目。因为hash是散列算法,那么不同的key可能会散列到同一个index,如何解决这种碰撞问题呢?很好办,用链表。即把同一个散列到index的条目,用链表串联起来

    BasicHashTable2


    BasicHashTable3

    另外两个成员fDownShift, fMask是用于产生索引index用的。

    下面是类BasicHashTable的定义

    
    #define SMALL_HASH_TABLE_SIZE 4
    
    class BasicHashTable : public HashTable {
    private:
    	class TableEntry; // forward
    
    public:
    	/**
    	*	1、将fBuckets指向fStaticBuckets,初始化其他几个数据成员
    	*	2、将FStaticBuckets数值清零(全置为NULL)
    	*/
    	BasicHashTable(int keyType);
    	virtual ~BasicHashTable();
    
    //======== class iteratr =====================================
    	// Used to iterate through the members of the table:
    	class Iterator; friend class Iterator; // to make Sun's C++ compiler happy
    	class Iterator : public HashTable::Iterator {
    	public:
    		//绑定到table
    		Iterator(BasicHashTable& table);
    
    	private: // implementation of inherited pure virtual functions
    		//设置key为下一个节点的key,返回下一个节点的value。如果下一个不存在,返回NULL
    		void* next(char const*& key); // returns 0 if none
    
    	private:
    		BasicHashTable& fTable;	//绑定一个哈希表
    		unsigned fNextIndex; // index of next bucket to be enumerated after this
    		TableEntry* fNextEntry; // next entry in the current bucket
    	};
    //===========================================================
    
    private: // implementation of inherited pure virtual functions
    		 //继承的纯虚函数的实现
    
    	virtual void* Add(char const* key, void* value);
    	// Returns the old value if different, otherwise 0
    // 如果不同的话返回旧值,否则为0
    	virtual Boolean Remove(char const* key);
    	virtual void* Lookup(char const* key) const;
    	// Returns 0 if not found
    //获取当前条目数
    	virtual unsigned numEntries() const;
    
    private:
    //======== class TableEntry =================================
    	class TableEntry {
    	public:
    		TableEntry* fNext;	//下一个指针
    		char const* key;	//键
    		void* value;		//值
    	};
    //===========================================================
    	
    	//使用key来确定index和要查找的条目
    	TableEntry* lookupKey(char const* key, unsigned& index) const;
    	// returns entry matching "key", or NULL if none
    	//返回“key”匹配的条目,如果没有找到返回null
    
    	//比较两个key是否一样
    	Boolean keyMatches(char const* key1, char const* key2) const;
    	// used to implement "lookupKey()"
    	// 用于实现 "lookupKey()"
    
    	//创建一个条目,将其放入到桶数组的index位置
    	TableEntry* insertNewEntry(unsigned index, char const* key);
    	// creates a new entry, and inserts it in the table
    	// 创建一个新条目,并插入到这个哈希表
    
    	//给一个条目entry的key成员赋值(绑定一个key)
    	void assignKey(TableEntry* entry, char const* key);
    	// used to implement "insertNewEntry()"
    	// 用于实现“insertNewEntry”
    
    	//从哈希表中找到entry,移除后销毁
    	void deleteEntry(unsigned index, TableEntry* entry);
    
    	//将条目entry的key删除
    	void deleteKey(TableEntry* entry);
    	// used to implement "deleteEntry()"
    	// 用于实现 "deleteEntry()"
    
    	//重建哈希表,重建的尺寸是以前的四倍
    	void rebuild(); // rebuilds the table as its size increases
    	//重建表作为它的尺寸的增加而增加
    
    	//从key散列索引,通过key来获取一个索引值
    	unsigned hashIndexFromKey(char const* key) const;
    	// used to implement many of the routines above
    	// 用于实现许多以上的程序
    
    	//随机索引,其实并非随机。产生一个与i有关的随机值,这是单向不可逆的
    	unsigned randomIndex(uintptr_t i) const {
    		//1103515245这个数很有意思,rand函数线性同余算法中用来溢出的
    		//这个函数的作用就是返回一个随机值,因为默认fMask(0x3),也就是只保留两位
    		//为什么只要保留2位,也就是0 1 2 3 这四种结果咯,因为桶默认只有四个
    		return (unsigned)(((i * 1103515245) >> fDownShift) & fMask);
    	}
    
    private:
    	TableEntry** fBuckets; // pointer to bucket array 指向 桶数组,桶中保存TableEntry对象地址
    	TableEntry* fStaticBuckets[SMALL_HASH_TABLE_SIZE];// used for small tables 用于小表
    	unsigned fNumBuckets/*桶数*/, fNumEntries/*节点数*/, fRebuildSize/*重建尺寸大小*/, 
    		fDownShift/*降档变速*/, fMask/*掩码*/;
    	int fKeyType;
    };
    
    

    迭代器BasicHashTable::Iterator

    这里把迭代器先分析了,这个迭代器是继承自HashTable::Iterator的。
    通过看代码可知,其被class BasciHashTable声明为了友元类

    成员fTable是一个BasicHashTable对象的引用,所以其构造的时候必须绑定一个BasicHashTable对象。成员fNextEntryfNextIndex是用来查找TableEntry条目用的,这个在next方法中会详细介绍。

    	class Iterator; friend class Iterator; // to make Sun's C++ compiler happy
    	class Iterator : public HashTable::Iterator {
    	public:
    		//绑定到table
    		Iterator(BasicHashTable& table);
    
    	private: // implementation of inherited pure virtual functions
    		//设置key为下一个节点的key,返回下一个节点的value。如果下一个不存在,返回NULL
    		void* next(char const*& key); // returns 0 if none
    
    	private:
    		BasicHashTable& fTable;	//绑定一个哈希表
    		unsigned fNextIndex; // index of next bucket to be enumerated after this
    		TableEntry* fNextEntry; // next entry in the current bucket
    	};
    

    BasicHashTable::Iterator的构造和析构

    BasicHashTable::Iterator在构造的时候,将fNextIndex置为了0,而fNextEntry置为NULL。仅仅是绑定了一个table。就是迭代器构建的时候,并没有指向一个条目。

    那么它的析构呢?答案是没有。BasicHashTable::Iterator并没有定义析构函数,其使用默认的析构。为什么呢?因为BasicHashTable::Iterator迭代器对象只会指向已经存在的条目,而不会自己创造条目。不存在内存的手动申请释放问题。

    BasicHashTable::Iterator::Iterator(BasicHashTable& table)
      : fTable(table), fNextIndex(0), fNextEntry(NULL) {
    }
    

    BasicHashTable:: Iterator::next(char const*& key)方法

    这个方法就重要了,这是在迭代器里面最重要方法了。它指示了迭代器的工作原理。
    前面已经说过了,fNextEntry指针在构造的时候初始化为NULL了,而fNextIndex初始化为0了。所以这里必须要先找到一个可以用于索引的条目。于是先从桶数组fBuckets的第一个桶开始找,遍历桶,直到找到一个有指向条目的桶,如果找遍了都没有找到,那就直接返回NULL咯。

    这里要注意的是fNextIndex的重要性,它保证了不会使得迭代器只用于一个桶所指向的链表,而是在走到链表尾部之后,会走向下一个可用桶去。

    如果迭代器不是刚刚构造的,或还没有走到链表的尾部。已经使用过了,那么fNextEntry不为NULL,就可以直接做后续的步骤了。
    如果迭代器指向了一个可用的TableEntry,那么就设置参数key(注意参数类型,是一个指针的引用)指向这个条目的key,同时返回这个条目的value。同时必须将fNextEntry指向下一个条目。

    void* BasicHashTable::Iterator::next(char const*& key) {
      while (fNextEntry == NULL) {
    	  //如果下一个索引值大于哈希表的桶数,返回NULL
        if (fNextIndex >= fTable.fNumBuckets) return NULL;
    	//fNextEntry指向对应的桶位置,fNextEntry后移
        fNextEntry = fTable.fBuckets[fNextIndex++];
      }
    
      BasicHashTable::TableEntry* entry = fNextEntry;
      fNextEntry = entry->fNext;
    
      key = entry->key;	//设置key
      return entry->value;	//返回值
    }
    

    BasicHashTable的构造

    BasicHashTable的构造过程很简单,但是要注意的是其参数keyType,这说明了这个BasicHashTable中保存条目的key的类型是一致的。在HashTable.hh文件中定义了两个const量,如果不是这两个定义的,那么key会当作unsigned int*类型,keyType的值代表key指向的内存空间元素个数

    int const STRING_HASH_KEYS = 0;		//字符串型key
    int const ONE_WORD_HASH_KEYS = 1;	//这个直接当作char*变量,实质是作为整数在用
    

    还有SMALL_HASH_TABLE_SIZE这个值,这是一个宏定义,其是 4 。另一个是REBUILD_MULTIPLIER(重建乘数)其是 3 。这两个值确定了初始的时候桶bucket的个数,即桶数组fBuckets的大小。一个确定重新建桶数组的临界条件。在每次条目数到了桶数的3倍的时候就会重建桶,重建的桶数(fNumBuckets)是之前的4倍。

    fDownShiftfMask这两个值是用于将key散列到index时候用的。fDownShift在每次重建桶的时候会减2,所以14次重建桶其就为0了。但是基本不会有这么多次重建,7次重建之后,桶的数目就达到了4^8=65536个。

    初始化的时候,每个桶都被初始化为了NULL,这时候哈希表中还没有条目。

    BasicHashTable::BasicHashTable(int keyType)
      : fBuckets(fStaticBuckets), fNumBuckets(SMALL_HASH_TABLE_SIZE),
        fNumEntries(0), fRebuildSize(SMALL_HASH_TABLE_SIZE*REBUILD_MULTIPLIER),
        fDownShift(28), fMask(0x3), fKeyType(keyType) {
      for (unsigned i = 0; i < SMALL_HASH_TABLE_SIZE; ++i) {
        fStaticBuckets[i] = NULL;
      }
    }
    

    BasicHashTable的析构

    BasicHashTable的析构中用到了deleteEntry方法,后面会详细的说这个方法,这里简要的说一下其作用。这个方法将第二个参数entry指向的条目从哈希表中移除,并将其delete
    BasicHashTable的析构会释放整个哈希表。逐个桶释放逐个条目链表。

    BasicHashTable::~BasicHashTable() {
      // Free all the entries in the table:
      for (unsigned i = 0; i < fNumBuckets; ++i) {
        TableEntry* entry;
        while ((entry = fBuckets[i]) != NULL) {
          deleteEntry(i, entry);
        }
      }
    
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