unordered_map / unordered_set 中元组的通用哈希

Question

为什么std::unordered_map<tuple<int, int>, string> 不只是 开箱即用？ 必须为tuple<int, int> 定义一个哈希函数是很乏味的，例如

template<> struct do_hash<tuple<int, int>>                               
{   size_t operator()(std::tuple<int, int> const& tt) const {...}  }; 

Building an unordered map with tuples as keys (Matthieu M.) 展示了如何 为boost::tuple 自动执行此操作。有没有在不使用可变参数模板的情况下对 c++0x 元组执行此操作？

这当然应该在标准中:(

Answer 1

这适用于 gcc 4.5，允许所有包含标准哈希类型的 c++0x 元组成为 unordered_map 和 unordered_set 不用多说。 （我将代码放在头文件中并包含它。）

函数必须存在于 std 命名空间中，以便被 参数相关名称查找 (ADL)。

有没有更简单的解决方案？

#include <tuple>
namespace std{
    namespace
    {

        // Code from boost
        // Reciprocal of the golden ratio helps spread entropy
        //     and handles duplicates.
        // See Mike Seymour in magic-numbers-in-boosthash-combine:
        //     http://stackoverflow.com/questions/4948780

        template <class T>
        inline void hash_combine(std::size_t& seed, T const& v)
        {
            seed ^= std::hash<T>()(v) + 0x9e3779b9 + (seed<<6) + (seed>>2);
        }

        // Recursive template code derived from Matthieu M.
        template <class Tuple, size_t Index = std::tuple_size<Tuple>::value - 1>
        struct HashValueImpl
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            HashValueImpl<Tuple, Index-1>::apply(seed, tuple);
            hash_combine(seed, std::get<Index>(tuple));
          }
        };

        template <class Tuple>
        struct HashValueImpl<Tuple,0>
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            hash_combine(seed, std::get<0>(tuple));
          }
        };
    }

    template <typename ... TT>
    struct hash<std::tuple<TT...>> 
    {
        size_t
        operator()(std::tuple<TT...> const& tt) const
        {                                              
            size_t seed = 0;                             
            HashValueImpl<std::tuple<TT...> >::apply(seed, tt);    
            return seed;                                 
        }                                              

    };
}

标准符合代码

Yakk 指出，在 std 命名空间中专门化事物实际上是未定义的行为。如果您希望有一个符合标准的解决方案，那么您需要将所有这些代码移动到您自己的命名空间中，并放弃任何 ADL 自动找到正确哈希实现的想法。而不是：

unordered_set<tuple<double, int> > test_set;

你需要：

unordered_set<tuple<double, int>, hash_tuple::hash<tuple<double, int>>> test2;

其中hash_tuple 是您自己的命名空间，而不是std::。

为此，您首先必须在hash_tuple 命名空间内声明一个哈希实现。这会将所有非元组类型转发到std::hash：

namespace hash_tuple{

template <typename TT>
struct hash
{
    size_t
    operator()(TT const& tt) const
    {                                              
        return std::hash<TT>()(tt);                                 
    }                                              
};
}

确保hash_combine 调用hash_tuple::hash 而不是std::hash

namespace hash_tuple{

namespace
    {
    template <class T>
    inline void hash_combine(std::size_t& seed, T const& v)
    {
        seed ^= hash_tuple::hash<T>()(v) + 0x9e3779b9 + (seed<<6) + (seed>>2);
    }
}

然后包含所有其他以前的代码，但将其放入 namespace hash_tuple 而不是 std::

namespace hash_tuple{

    namespace
    {
        // Recursive template code derived from Matthieu M.
        template <class Tuple, size_t Index = std::tuple_size<Tuple>::value - 1>
        struct HashValueImpl
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            HashValueImpl<Tuple, Index-1>::apply(seed, tuple);
            hash_combine(seed, std::get<Index>(tuple));
          }
        };

        template <class Tuple>
        struct HashValueImpl<Tuple,0>
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            hash_combine(seed, std::get<0>(tuple));
          }
        };
    }

    template <typename ... TT>
    struct hash<std::tuple<TT...>> 
    {
        size_t
        operator()(std::tuple<TT...> const& tt) const
        {                                              
            size_t seed = 0;                             
            HashValueImpl<std::tuple<TT...> >::apply(seed, tt);    
            return seed;                                 
        }                                              
    };

}

Answer 2

#include <boost/functional/hash.hpp>
#include <tuple>

namespace std
{

template<typename... T>
struct hash<tuple<T...>>
{
    size_t operator()(tuple<T...> const& arg) const noexcept
    {
        return boost::hash_value(arg);
    }
};

}

Answer 3

在我的 C++0x 草案中，20.8.15 说 hash 专门用于内置类型（包括指针，但似乎并不意味着取消引用它们）。它似乎还专门用于error_code、bitset<N>、unique_ptr<T, D>、shared_ptr<T>、typeindex、string、u16string、u32string、wstring、thread::id4 和@。 （有趣的列表！）

我没有使用 C++0x 可变参数，所以我的格式可能有问题，但是这些方面的内容可能适用于所有元组。

size_t hash_combiner(size_t left, size_t right) //replacable
{ return left + 0x9e3779b9 + (right<<6) + (right>>2);}

template<int index, class...types>
struct hash_impl {
    size_t operator()(size_t a, const std::tuple<types...>& t) const {
        typedef typename std::tuple_element<index, std::tuple<types...>>::type nexttype;
        hash_impl<index-1, types...> next;
        size_t b = std::hash<nexttype>()(std::get<index>(t));
        return next(hash_combiner(a, b), t); 
    }
};
template<class...types>
struct hash_impl<0, types...> {
    size_t operator()(size_t a, const std::tuple<types...>& t) const {
        typedef typename std::tuple_element<0, std::tuple<types...>>::type nexttype;
        size_t b = std::hash<nexttype>()(std::get<0>(t));
        return hash_combiner(a, b); 
    }
};

template<class...types>
struct tuple_hash<std::tuple<types...>> {
    size_t operator()(const std::tuple<types...>& t) {
        const size_t begin = std::tuple_size<std::tuple<types...>>::value-1;
        return hash_impl<begin, types...>()(0, t);
    }
}

This version actually compiles and runs

Yakk 发现直接专门化std::hash 是技术上 不允许的，因为我们正在专门化一个标准库模板，其声明不 依赖于用户- 定义类型。

Answer 4

在 C++20 中，可以使用 fold expressions 和 generic lambdas 来计算元组的哈希值而无需递归。我更喜欢依赖std::hash<uintmax_t> 而不是手动组合哈希：

#include <cinttypes>
#include <cstddef>
#include <functional>
#include <tuple>

class hash_tuple {
    template<class T>
    struct component {
        const T& value;
        component(const T& value) : value(value) {}
        uintmax_t operator,(uintmax_t n) const {
            n ^= std::hash<T>()(value);
            n ^= n << (sizeof(uintmax_t) * 4 - 1);
            return n ^ std::hash<uintmax_t>()(n);
        }
    };

public:
    template<class Tuple>
    size_t operator()(const Tuple& tuple) const {
        return std::hash<uintmax_t>()(
            std::apply([](const auto& ... xs) { return (component(xs), ..., 0); }, tuple));
    }
};

sizeof(uintmax_t) * 4 - 1 中的- 1 是可选的，但似乎略微改善了哈希分布。此类可与std::tuple 和std::pair 一起使用。