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 class，我已将一个 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: Implicit instantiation of undefined template 'std::__1::hash, std::__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

是否不能在无序映射中使用 pair 作为键？

Answer 1

如您的编译错误所示，在您的 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：

Error C2338 The C++ Standard doesn't provide a hash for this type. c:\program files (x86)\microsoft visual studio 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;
}

这会起作用，但没有最好的哈希属性^†。你可能想看看像 boost.hash_combine for higher quality results when combining the hashes. This is also discussed in greater detail – including the aforementioned solution from boost – in this answer.

这样的东西

对于现实世界的使用：Boost 还提供函数集 hash_value，它已经为 std::pair 以及 std::tuple 和大多数标准容器提供哈希函数。

^†更准确的说，会产生太多的碰撞。例如，每个对称对将散列为 0，而仅因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，但可能会严重损害实际代码的性能。

Answer 3

我解决这个问题的首选方法是定义一个 key 函数，将你的对转换为唯一的整数（或任何可散列的数据类型）。此键不是散列键。它是一对数据的唯一 ID，然后将由 unordered_map 进行最佳哈希处理。例如，您想要定义

类型的 unordered_map

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

并且您想使用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)。相反，我们可以定义

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

然后将地图类型更改为

  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。每个 make_pair 现在变成调用内联 key 函数。

此方法保证密钥将被最佳散列，因为现在散列部分由系统完成，系统将始终选择内部散列 table 大小为素数以确保每个桶都是平等的可能。但是你必须让自己 100% 确定 key 对每一对都是唯一的，即没有两个不同的对可以有相同的密钥，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函数：

#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 by Baum mit Augen, the user Joe Black on using a lambda expressions instead of defining a hash function. I agree with the of Baum mit Augen, that this might harm readability, especially if you want to implement a more universal solution. Therefore, I'd like to keep my example short by focusing on a specific solution for std::pair<std::string, std::string>, as presented by the OP. The example also uses a handcrafted 组合 std::hash<std::string> 函数调用的评论中：

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map两次。

#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 生成 pair 的哈希码，这非常糟糕。参见 why-is-xor-the-default-way-to-combine-hashes. However, the book has given us the best solution, using hash_combine, which is taken from Boost. The solution is much better than XOR when I tested it in Online Judge(Atcoder）。我将代码组织为模板如下。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 struct/class.

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

有一个 hack 解决此类问题

使用 std:unordered_map 个 string

看下面的例子-

我需要散列矩形的端点（角）

Error Approach

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

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

Hack

unordered_map<string, int> M;

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

如果您需要创建小数或双精度的散列作为键，这种 hack 甚至可以工作:)

Answer 9

我已经简化了@YoungForest 的以仅按照 OP 的要求使用对（= 不使用任意长度的元组）。我还最小化了样板代码：

#include <functional>
#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <utility>       # pair

using namespace std;

// 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(size_t &seed, T const &v) {
    seed ^= hash<T>()(v) + 0x9e3779b9 + (seed << 6) + (seed >> 2);
}

struct pair_hash {
    template <class T1, class T2>
    size_t operator()(const pair<T1, T2> &p) const {
        size_t seed = 0;
        hash_combine(seed, p.first);
        hash_combine(seed, p.second);
        return seed;
    }
};

int main() {
    unordered_map<pair<int, int>, int, pair_hash> d;
    d[{1, 2}] = 3;
    cout << d.find({1, 2})->second << endl;

    return 0;
}

它使用与 boost 库中相同的逻辑（比 xor 版本更好）。

为什么我不能用一对作为键来编译 unordered_map？

Why can't I compile an unordered_map with a pair as key?

c++

dictionary

unordered-map

keyvaluepair