1. IOS 字典研究

一: Hash 算法

1. hash算法

hash称为散列表，其实本质上还是一个数组。主要是通过 hash(key) 生成一个index 去从数组中取出值。但是如果产生hash(key1) == hash(key2) 就是hash冲突。

2. 冲突解决

为了解决冲突，有 开放寻址法（open addressing）和 链表法（chaining）

链表法（chaining）

这个比较简单，类似一个二维数组，就是一个一维数组,存储 链表 的表头，链表根据 hash函数,记录key，并一个一个链接下去。 这里就需要记录指针，导致了相对来说存储空间的增加。

如图，假设hash函数是对6 取余数，那么{0,6,7,2} 结果如下图:

image

开放寻址法（open addressing)

开放寻址方法，比如我们一般的hash方法， p = Hash(key),假设得到的p值有冲突，那么就，p = Hash(p + di),di 称为增量序列取值为【1,2,....】 ; 而且性能依赖于装填因子 α=N/M，α 超过0.72的时候，会严重影响性能。

1.线性探测

很容易产生数据集中的问题

 //对m 取余数的，m一般是hash表的长度
 Hash(key) {
    return key%m 
 }
 // 获取index值
 p = Hash(key) 
 // 如果冲突 了，就 +di 往下探测，直到不冲突
 p = Hash(Hash(key)+1)
 p = Hash(Hash(key)+2)
 p = Hash(Hash(key)+3)
 p = Hash(Hash(key)+4)
 ...

2.二次探测

为了让数据分布均匀一点，让数据更加离散，就出现了二次探测,p=Hash(Hash(key)+di) di取值可能为1,-1,4,-4,9,-9,16,-16,...k^2,-k2(k<=m/2)其中m为表长，di为增量序列

 // 如果冲突 了，就 +/- di^2 往下探测，直到不冲突
 p = Hash(Hash(key)+1)
 p = Hash(Hash(key)-1)
 p = Hash(Hash(key)+4)
 p = Hash(Hash(key)-4)
 ...

二: NSDictory内部实现

NSDictionary是可以通过CFDictionary toll-free bridged 过来的。而且我们是可以查看CFDictionary.

用CFDictionary研究和使用

1. 首先我们查看下一下，用CFDictionary 创建

CFStringRef key1 = CFStringCreateWithCString(CFAllocatorGetDefault(), "name", kCFStringEncodingUTF8);
    CFStringRef key2 = CFStringCreateWithCString(CFAllocatorGetDefault(), "age", kCFStringEncodingUTF8);
    CFStringRef keys[] = {key1, key2};
    
    CFStringRef values[] = {CFSTR("leeDev"), CFSTR("27")};
    int count = sizeof(values)/sizeof(values[0]);
    CFDictionaryRef dic = CFDictionaryCreate(CFAllocatorGetDefault(), (const void**)keys, (const void**)values,count, &kCFTypeDictionaryKeyCallBacks, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    
    NSLog(@"count = %ld,value = %@",(long)CFDictionaryGetCount(dic),CFDictionaryGetValue(dic, key1));
    
    // 可变字典
    CFMutableDictionaryRef mutDic = CFDictionaryCreateMutable(CFAllocatorGetDefault(), 0, &kCFTypeDictionaryKeyCallBacks, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
    CFDictionaryAddValue(mutDic, keys[0], values[0]);
    CFDictionarySetValue(mutDic, keys[0], CFSTR("lisi"));
    NSLog(@"mutDic = %@",mutDic);

我们找到 CFDictionaryCreate 中 方法，传入4个值

• keys
• values
• count
• kCFTypeDictionaryKeyCallBacks:
• kCFTypeDictionaryValueCallBacks

2. 我们通过查看CF-855.17中的创建源码,并删除一些异常判断的代码

CFHashRef CFDictionaryCreate(CFAllocatorRef allocator, const_any_pointer_t *klist, const_any_pointer_t *vlist, CFIndex numValues, const CFDictionaryKeyCallBacks *keyCallBacks, const CFDictionaryValueCallBacks *valueCallBacks) {
   
    CFTypeID typeID = CFDictionaryGetTypeID();
    
    //1.创建hash表
    CFBasicHashRef ht = __CFDictionaryCreateGeneric(allocator, keyCallBacks, valueCallBacks, CFDictionary);
    
    //2.给hash表设置容量
    if (0 < numValues) CFBasicHashSetCapacity(ht, numValues);
    
    //3. 给hash表设置 keys 和 values
    for (CFIndex idx = 0; idx < numValues; idx++) {
        CFBasicHashAddValue(ht, (uintptr_t)klist[idx], (uintptr_t)vlist[idx]);
    }
    
    //4.设置不可变的hash表
    CFBasicHashMakeImmutable(ht);
    _CFRuntimeSetInstanceTypeIDAndIsa(ht, typeID);

    return (CFHashRef)ht;
}

2.1 在给hash表的添加值的时候有个方法是 CFBasicHashAddValue

static void __CFBasicHashAddValue(CFBasicHashRef ht, CFIndex bkt_idx, uintptr_t stack_key, uintptr_t stack_value) {
    //1.记录操作数
    ht->bits.mutations++;
    //2. 如果我们的hash表的容量 不够，需要Rehash
    if (CFBasicHashGetCapacity(ht) < ht->bits.used_buckets + 1) {
        // 2.1.1 下面会有容量数组的介绍。
        __CFBasicHashRehash(ht, 1);
        //2.1.2 就是通过 开发地址方法来找hash的index
        bkt_idx = __CFBasicHashFindBucket_NoCollision(ht, stack_key, 0);
    } else if (__CFBasicHashIsDeleted(ht, bkt_idx)) {
        ht->bits.deleted--;
    }
    //2.1.3 key_hash
    uintptr_t key_hash = 0;
    if (__CFBasicHashHasHashCache(ht)) {
        key_hash = __CFBasicHashHashKey(ht, stack_key);
    }
    // 2.1.4 通过对value就行retain操作
    stack_value = __CFBasicHashImportValue(ht, stack_value);
    
    if (ht->bits.keys_offset) {
       // 2.1.5 对key 进行retain操作
        stack_key = __CFBasicHashImportKey(ht, stack_key);
    }
    //2.1.6 hash 表里面存入的是 CFBasicHashValue的对象
    //就是把 stack_value 和 stack_key 存入到 CFBasicHashValue
    __CFBasicHashSetValue(ht, bkt_idx, stack_value, false, false);
    if (ht->bits.keys_offset) {
        __CFBasicHashSetKey(ht, bkt_idx, stack_key, false, false);
    }
    if (ht->bits.counts_offset) {
        __CFBasicHashIncSlotCount(ht, bkt_idx);
    }
    if (__CFBasicHashHasHashCache(ht)) {
        __CFBasicHashGetHashes(ht)[bkt_idx] = key_hash;
    }
    ht->bits.used_buckets++;
}

2.1.1 容量数组，用于字典容量的申请 ,就是说，__CFBasicHashRehash(ht, 1);执行后，假设开始的容量是0，那么Rehash后就是3; 如果是3,那么Rehash后就是6

static const uintptr_t __CFBasicHashTableCapacities[64] = {
    0, 3, 6, 11, 19, 32, 52, 85, 118, 155, 237, 390, 672, 1065,
    1732, 2795, 4543, 7391, 12019, 19302, 31324, 50629, 81956,
    132580, 214215, 346784, 561026, 907847, 1468567, 2376414,
    3844982, 6221390, 10066379, 16287773, 26354132, 42641916,
    68996399, 111638327, 180634415, 292272755,
#if __LP64__
    472907503UL, 765180257UL, 1238087439UL, 2003267722UL, 3241355160UL,
#if 0
    5244622578UL, 8485977737UL, 13730600347UL, 22216578100UL,
    35947178453UL, 58163756541UL, 94110935011UL, 152274691274UL,
    246385626296UL, 398660317578UL, 645045943559UL, 1043706261135UL,
    1688752204693UL, 2732458465840UL, 4421210670552UL,
    7153669136706UL, 11574879807265UL, 18728548943682UL
#endif
#endif
};

2.1.2 通过开发地址 来处理，并返回当前的index

CF_INLINE CFIndex __CFBasicHashFindBucket_NoCollision(CFConstBasicHashRef ht, uintptr_t stack_key, uintptr_t key_hash) {
    if (0 == ht->bits.num_buckets_idx) {
        return kCFNotFound;
    }
    if (ht->bits.indirect_keys) {
        switch (ht->bits.hash_style) {
        case __kCFBasicHashLinearHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Linear_Indirect_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        case __kCFBasicHashDoubleHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Double_Indirect_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        case __kCFBasicHashExponentialHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Exponential_Indirect_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        }
    } else {
        switch (ht->bits.hash_style) {
        case __kCFBasicHashLinearHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Linear_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        case __kCFBasicHashDoubleHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Double_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        case __kCFBasicHashExponentialHashingValue: return ___CFBasicHashFindBucket_Exponential_NoCollision(ht, stack_key, key_hash);
        }
    }
    HALT;
    return kCFNotFound;
}

2.2 CFBasicHashCallbacks 结构体是干嘛的?

首先 是一个struct __CFBasicHashCallbacks 结构体,里面包含的是 函数指针，前面的 kCFTypeDictionaryKeyCallBacks 和 kCFTypeDictionaryValueCallBacks 其实主要是用来对 key 或者 value 来进行 retain等操作。

struct __CFBasicHashCallbacks {
    uintptr_t (*retainValue)(CFAllocatorRef alloc, uintptr_t stack_value);  // Return 2nd arg or new value
    uintptr_t (*retainKey)(CFAllocatorRef alloc, uintptr_t stack_key);  // Return 2nd arg or new key
    void (*releaseValue)(CFAllocatorRef alloc, uintptr_t stack_value);
    void (*releaseKey)(CFAllocatorRef alloc, uintptr_t stack_key);
    Boolean (*equateValues)(uintptr_t coll_value1, uintptr_t stack_value2); // 1st arg is in-collection value, 2nd arg is probe parameter OR in-collection value for a second collection
    Boolean (*equateKeys)(uintptr_t coll_key1, uintptr_t stack_key2); // 1st arg is in-collection key, 2nd arg is probe parameter
    CFHashCode (*hashKey)(uintptr_t stack_key);
    uintptr_t (*getIndirectKey)(uintptr_t coll_value);  // Return key; 1st arg is in-collection value
    CFStringRef (*copyValueDescription)(uintptr_t stack_value);
    CFStringRef (*copyKeyDescription)(uintptr_t stack_key);
};