HashSet — это фундаментальная структура данных, обеспечивающая эффективное хранение и извлечение уникальных элементов. Он допускает операции с постоянным средним значением времени для вставки, удаления и проверки членства. В этой статье мы рассмотрим процесс проектирования HashSet на C++. Мы обсудим основные концепции, наметим необходимые шаги и предоставим исчерпывающее руководство по внедрению.

Понимание структуры данных HashSet.
HashSet — это контейнер, в котором хранится набор уникальных элементов. Он использует хэш-функцию для сопоставления каждого элемента с определенным индексом в базовом массиве, известном как хеш-таблица. Хэш-функция преобразует значение элемента в числовое представление, обеспечивая эффективный доступ и хранение.

Этапы разработки.
Разработка HashSet на C++ включает несколько ключевых этапов:

Шаг 1. Определите класс HashSet:
Начните с определения класса, представляющего HashSet. Этот класс будет инкапсулировать необходимые функции, такие как вставка, удаление и проверка членства.

Шаг 2. Определите хеш-функцию:
выберите подходящую хеш-функцию, которая будет генерировать уникальные индексы для элементов. Хэш-функция должна равномерно распределять элементы по хэш-таблице, чтобы свести к минимуму коллизии.

Шаг 3: Создайте хэш-таблицу:
Реализуйте хэш-таблицу, которая будет служить базовой структурой хранения для HashSet. Хэш-таблица может быть массивом фиксированного размера или структурой с динамически изменяющимся размером.

Шаг 4. Обработка коллизий.
Коллизии возникают, когда два или более элементов сопоставляются с одним и тем же индексом в хеш-таблице. Реализуйте механизм обработки коллизий, например, используя связанные списки или открытую адресацию (например, линейное или квадратичное определение).

Шаг 5. Реализуйте ключевые операции:
Предоставьте методы для вставки элементов в HashSet, удаления элементов и проверки членства. Эти операции должны использовать хеш-функцию и должным образом обрабатывать коллизии.

Шаг 6. Обработка изменения размера.
Чтобы обеспечить эффективное хранение и поиск, рассмотрите возможность реализации функции изменения размера. Когда количество элементов превышает определенный порог, измените размер хеш-таблицы, чтобы поддерживать сбалансированный коэффициент загрузки.

Шаг 7. Управление памятью.
Обеспечьте надлежащее управление памятью, включая получение и освобождение ресурсов. Рассмотрите возможность использования деструктора, конструктора копирования, оператора присваивания и семантики перемещения для эффективной работы с памятью.

Шаг 8. Тестирование и отладка.
Тщательно протестируйте реализацию HashSet с различными входными сценариями. Убедитесь, что все операции ведут себя должным образом и корректно обрабатывают крайние случаи.

Реализация C++:

class MyHashSet {
private:
  int prime;
  vector<list<int>> table;

   int hash(int key) {
     return key % prime;
   }

  list<int>::iterator search(int key) {
    int h = hash(key);
    return find(table[h].begin(), table[h].end(), key);
   }

public:
  MyHashSet() : prime(10007), table(prime) {}
   void add(int key) {
     int h = hash(key);
      if (!contains(key))
        table[h].push_back(key);
   }

  void remove(int key) {
    int h = hash(key);
    auto it = search(key);
    if (it != table[h].end())
      table[h].erase(it);
  }
    
  bool contains(int key) {
    int h = hash(key);
    return search(key) != table[h].end();
  }
};

Заключение.
Проектирование HashSet на C++ требует тщательного рассмотрения базовой структуры данных, хэш-функции, механизма разрешения коллизий и управления памятью. Следуя пошаговому руководству, приведенному в этой статье, вы сможете создать эффективную и надежную реализацию HashSet. Хорошо спроектированный HashSet может стать ценным инструментом в вашем наборе инструментов для программирования, позволяющим эффективно хранить и извлекать уникальные элементы в ваших приложениях.