为什么我不能用一对作为键来编译 unordered_map？

Question

我正在尝试创建一个 unordered_map 来映射整数对：

#include <unordered_map>

using namespace std;
using Vote = pair<string, string>;
using Unordered_map = unordered_map<Vote, int>;

我有一个班级，我已将 Unordered_map 声明为私有成员。

但是，当我尝试编译它时出现以下错误：

/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/include/c++/v1/type_traits:948:38: 未定义模板'std::__1::hash, std: 的隐式实例化： :__1::basic_string > >'

如果我使用像 map<pair<string, string>, int> 这样的常规地图而不是 unordered_map，我不会收到此错误。

在无序映射中不能使用pair 作为键吗？

Answer 1

正如您的编译错误所示，您的 std 命名空间中没有 std::hash<std::pair<std::string, std::string>> 的有效实例化。

根据我的编译器：

错误 C2338 C++ 标准没有为此提供哈希 类型。 c:\程序文件（x86）\微软视觉工作室 14.0\vc\include\xstddef 381

您可以为std::hash<Vote> 提供自己的专业化，如下所示：

#include <string>
#include <unordered_map>
#include <functional>

using namespace std;
using Vote = pair<string, string>;
using Unordered_map = unordered_map<Vote, int>;

namespace std
{
    template<>
    struct hash<Vote>
    {
        size_t operator()(Vote const& v) const
        {
            // ... hash function here ...
        }
    };
}

int main()
{
    Unordered_map m;
}

Answer 2

您需要为您的密钥类型提供合适的哈希函数。一个简单的例子：

#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <string>
#include <utility>

// Only for pairs of std::hash-able types for simplicity.
// You can of course template this struct to allow other hash functions
struct pair_hash {
    template <class T1, class T2>
    std::size_t operator () (const std::pair<T1,T2> &p) const {
        auto h1 = std::hash<T1>{}(p.first);
        auto h2 = std::hash<T2>{}(p.second);

        // Mainly for demonstration purposes, i.e. works but is overly simple
        // In the real world, use sth. like boost.hash_combine
        return h1 ^ h2;  
    }
};

using Vote = std::pair<std::string, std::string>;
using Unordered_map = std::unordered_map<Vote, int, pair_hash>;

int main() {
    Unordered_map um;
}

这可行，但没有最好的哈希属性^†。在组合哈希时，您可能希望查看boost.hash_combine 之类的内容以获得更高质量的结果。在this answer 中也更详细地讨论了这一点——包括上述来自 boost 的解决方案。

对于实际使用：Boost 还提供了函数集 hash_value，它已经为 std::pair、std::tuple 和大多数标准容器提供了哈希函数。

---

^†更准确地说，它会产生太多的碰撞。例如，每个对称对将散列为 0，仅通过排列不同的对将具有相同的散列。这可能适合您的编程练习，但可能会严重影响实际代码的性能。

Answer 3

我首选的解决这个问题的方法是定义一个key 函数，将你的对转换为一个唯一的整数（或任何可散列的数据类型）。该键不是散列键。它是这对数据的唯一 ID，然后将由 unordered_map 进行最佳散列。例如，你想定义一个unordered_map 的类型

  unordered_map<pair<int,int>,double> Map;

而你想使用Map[make_pair(i,j)]=value或Map.find(make_pair(i,j))对地图进行操作。然后你必须告诉系统如何散列一对整数make_pair(i,j)。取而代之的是，我们可以定义

  inline size_t key(int i,int j) {return (size_t) i << 32 | (unsigned int) j;}

然后将地图的类型改为

  unordered_map<size_t,double> Map;

我们现在可以使用Map[key(i,j)]=value 或Map.find(key(i,j)) 对地图进行操作。现在每个make_pair 都调用内联key 函数。

这种方法保证了key会被最优地散列，因为现在散列部分是由系统完成的，系统总是会选择内部散列表大小为素数，以确保每个桶的可能性相同。但是您必须让自己 100% 确定 key 对于每一对都是唯一的，即，没有两个不同的对可以具有相同的密钥，否则可能很难找到错误。

Answer 4

对于pair key，我们可以使用boost pair hash function：

#include <iostream>
#include <boost/functional/hash.hpp>
#include <unordered_map>
using namespace std;

int main() {
  unordered_map<pair<string, string>, int, boost::hash<pair<string, string>>> m;

  m[make_pair("123", "456")] = 1;
  cout << m[make_pair("123", "456")] << endl;
  return 0;
}

同样我们可以对向量使用 boost hash，

#include <iostream>
#include <boost/functional/hash.hpp>
#include <unordered_map>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
  unordered_map<vector<string>, int, boost::hash<vector<string>>> m;
  vector<string> a({"123", "456"});

  m[a] = 1;
  cout << m[a] << endl;
  return 0;
}

Answer 5

在 Baum mit Augen 的 answer 上的 cmets 中，用户 Joe Black asked for an example 使用 lambda expressions 而不是定义哈希函数。我同意 Baum mit Augen 的 opinion，认为这可能会损害可读性，特别是如果您想实现更通用的解决方案。因此，我想通过关注 OP 提出的 std::pair<std::string, std::string> 的特定解决方案来简化我的示例。该示例还使用了handcrafted 组合std::hash<std::string> 函数调用：

using Vote = std::pair<std::string, std::string>;
auto hash = [](const Vote& v){
    return std::hash<std::string>()(v.first) * 31 + std::hash<std::string>()(v.second);
};
using Unordered_map = std::unordered_map<Vote, int, decltype(hash)>;
Unordered_map um(8, hash);

Code on Ideone

Answer 6

如果使用pair不是严格要求，你可以简单地使用两次map。

#include <unordered_map>

using namespace std;
using Unordered_map = unordered_map<string, unordered_map<string, int>>;

Unordered_map um;
um["Region1"]["Candidate1"] = 10;
cout << um["Region1"]["Candidate1"];    // 10

Answer 7

参考：C++ Standard Library: A tutorial and reference, Second version 第 7.9.2 章：创建和控制无序容器

我在 Google 中找到的所有解决方案都使用 XOR 来生成 pair 的哈希码，这非常糟糕。见why-is-xor-the-default-way-to-combine-hashes。然而，这本书给了我们最好的解决方案，使用hash_combine，取自Boost。当我在 Online Judge(Atcoder) 中测试时，该解决方案比 XOR 好得多。我将代码组织为模板，如下所示。您可以尽可能多地复制和粘贴它。并且可以很方便地更改它以适应任何自定义结构/类。

更新：为元组添加哈希模板。

#include <functional>

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

// from boost (functional/hash):
// see http://www.boost.org/doc/libs/1_35_0/doc/html/hash/combine.html template
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);
}

// Recursive template code derived from Matthieu M.
template <class Tuple, size_t Index = std::tuple_size<Tuple>::value - 1>
struct HashValueImpl {
    void operator()(size_t &seed, Tuple const &tuple) const {
        HashValueImpl<Tuple, Index - 1>{}(seed, tuple);
        hash_combine(seed, std::get<Index>(tuple));
    }
};
template <class Tuple> struct HashValueImpl<Tuple, 0> {
    void operator()(size_t &seed, Tuple const &tuple) const {
        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...>>{}(seed, tt);
        return seed;
    }
};
// auxiliary generic functions to create a hash value using a seed
template <typename T> inline void hash_val(std::size_t &seed, const T &val) {
    hash_combine(seed, val);
}

template <typename T, typename... Types>
inline void hash_val(std::size_t &seed, const T &val, const Types &... args) {
    hash_combine(seed, val);
    hash_val(seed, args...);
}

template <typename... Types>
inline std::size_t hash_val(const Types &... args) {
    std::size_t seed = 0;
    hash_val(seed, args...);
    return seed;
}

struct pair_hash {
    template <class T1, class T2>
    std::size_t operator()(const std::pair<T1, T2> &p) const {
        return hash_val(p.first, p.second);
    }
};
} // namespace hash_tuple

#include <bits/stdc++.h>

int main() {
    using ll = long long;
    // std::unordered_map<std::pair<ll, ll>, ll, hash_tuple::pair_hash>
    // hashmapPair; std::unordered_set<std::pair<ll, ll>, hash_tuple::pair_hash>
    // hashsetPair;

    std::unordered_map<std::pair<ll, ll>, ll, hash_tuple::pair_hash>
        hashmapPair;
    hashmapPair[{0, 0}] = 10;
    std::unordered_set<std::pair<ll, ll>, hash_tuple::pair_hash> hashsetPair;
    hashsetPair.insert({1, 1});

    using TI = std::tuple<ll, ll, ll, ll>;
    std::unordered_map<TI, ll, hash_tuple::hash<TI>> hashmapTuple;
    hashmapTuple[{0, 1, 2, 3}] = 10;
    std::unordered_set<TI, hash_tuple::hash<TI>> hashsetTuple;
    hashsetTuple.emplace(0, 1, 2, 3);

    return 0;
}

Answer 8

对于此类问题存在hack

使用std:unordered_map 中的string

看下面的例子-

我需要散列一个矩形的端点（角）

错误方法

unordered_map<pair<int, int>, int> M;           //ERROR

pair<int, int> p;
M[p]++;

破解

unordered_map<string, int> M;

pair<int, int> p;
string s = to_string(p.first) + "_" + to_string(p.second);
M[s]++;

如果您需要创建十进制散列或双倍作为密钥，这种黑客甚至可以工作:)