[ZZ]字符串hash算法比较

字符串hash算法比较

1 概述 链表查找的时间效率为O(N),二分法为log2N,B+ Tree为log2N,但Hash链表查找的时间效率为O(1)。

设计高效算法往往需要使用Hash链表,常数级的查找速度是任何别的算法无法比拟的,Hash链表的构造和冲突的不同实现方法对效率当然有一定的影响,然 而Hash函数是Hash链表最核心的部分,本文尝试分析一些经典软件中使用到的字符串Hash函数在执行效率、离散性、空间利用率等方面的性能问题。


2 经典字符串Hash函数介绍

作者阅读过大量经典软件原代码,下面分别介绍几个经典软件中出现的字符串Hash函数。

2.1 PHP中出现的字符串Hash函数

static unsigned long hashpjw(char *arKey, unsigned int nKeyLength)

{

unsigned long h = 0, g;

char *arEnd=arKey+nKeyLength;

while (arKey < arEnd) {

h = (h « 4) + *arKey++;

if ((g = (h & 0xF0000000))) {

h = h ^ (g >> 24);

h = h ^ g;

}

}

return h;

}

2.2 OpenSSL中出现的字符串Hash函数

unsigned long lh_strhash(char *str)

{

int i,l;

unsigned long ret=0;

unsigned short *s;

if (str == NULL) return(0);

l=(strlen(str)+1)/2;

s=(unsigned short *)str;

for (i=0; i

ret^=(s[i]«(i&0x0f));

return(ret);

} */

/* The following hash seems to work very well on normal text strings

* no collisions on /usr/dict/words and it distributes on %2^n quite

* well, not as good as MD5, but still good.

*/

unsigned long lh_strhash(const char *c)

{

unsigned long ret=0;

long n;

unsigned long v;

int r;

if ((c == NULL)   (*c == ‘\0’))

return(ret);

/*

unsigned char b[16];

MD5(c,strlen(c),b);

return(b[0] (b[1]«8) (b[2]«16) (b[3]«24));

*/

n=0x100;

while (*c)

{

v=n (*c);

n+=0x100;

r= (int)((v>>2)^v)&0x0f;

ret=(ret(32-r));

ret&=0xFFFFFFFFL;

ret^=v*v;

c++;

}

return((ret>>16)^ret);

}

在下面的测量过程中我们分别将上面的两个函数标记为OpenSSL_Hash1和OpenSSL_Hash2,至于上面的实现中使用MD5算法的实现函数我们不作测试。

2.3 MySql中出现的字符串Hash函数

#ifndef NEW_HASH_FUNCTION

/* Calc hashvalue for a key */

static uint calc_hashnr(const byte *key,uint length)

{

register uint nr=1, nr2=4;

while (length–)

{

nr^= (((nr & 63)+nr2)*((uint) (uchar) *key++))+ (nr « 8);

nr2+=3;

}

return((uint) nr);

}

/* Calc hashvalue for a key, case indepenently */

static uint calc_hashnr_caseup(const byte *key,uint length)

{

register uint nr=1, nr2=4;

while (length–)

{

nr^= (((nr & 63)+nr2)*((uint) (uchar) toupper(*key++)))+ (nr « 8);

nr2+=3;

}

return((uint) nr);

}

#else

/*

* Fowler/Noll/Vo hash

*

* The basis of the hash algorithm was taken from an idea sent by email to the

* IEEE Posix P1003.2 mailing list from Phong Vo (kpv@research.att.com) and

* Glenn Fowler (gsf@research.att.com). Landon Curt Noll (chongo@toad.com)

* later improved on their algorithm.

*

* The magic is in the interesting relationship between the special prime

* 16777619 (2^24 + 403) and 2^32 and 2^8.

*

* This hash produces the fewest collisions of any function that we’ve seen so

* far, and works well on both numbers and strings.

*/

uint calc_hashnr(const byte *key, uint len)

{

const byte *end=key+len;

uint hash;

for (hash = 0; key < end; key++)

{

hash *= 16777619;

hash ^= (uint) *(uchar*) key;

}

return (hash);

}

uint calc_hashnr_caseup(const byte *key, uint len)

{

const byte *end=key+len;

uint hash;

for (hash = 0; key < end; key++)

{

hash *= 16777619;

hash ^= (uint) (uchar) toupper(*key);

}

return (hash);

}

#endif

Mysql中对字符串Hash函数还区分了大小写,我们的测试中使用不区分大小写的字符串Hash函数,另外我们将上面的两个函数分别记为MYSQL_Hash1和MYSQL_Hash2。

2.4 另一个经验字符串Hash函数

unsigned int hash(char *str)

{

register unsigned int h;

register unsigned char *p;

for(h=0, p = (unsigned char *)str; *p ; p++)

h = 31 * h + *p;

return h;

}

3 测试及结果

3.1 测试说明

从上面给出的经典字符串Hash函数中可以看出,有的涉及到字符串大小敏感问题,我们的测试中只考虑字符串大小写敏感的函数,另外在上面的函数中有的函数 需要长度参数,有的不需要长度参数,这对函数本身的效率有一定的影响,我们的测试中将对函数稍微作一点修改,全部使用长度参数,并将函数内部出现的计算长 度代码删除。

我们用来作测试用的Hash链表采用经典的拉链法解决冲突,另外我们采用静态分配桶(Hash链表长度)的方法来构造Hash链表,这主要是为了简化我们的实现,并不影响我们的测试结果。

**测试文本采用单词表,测试过程中从一个输入文件中读取全部不重复单词构造一个Hash表,测试内容分别是函数总调用次数、函数总调用时间、最大拉链长度、 平均拉链长度、桶利用率(使用过的桶所占的比率),其中函数总调用次数是指Hash函数被调用的总次数,为了测试出函数执行时间,该值在测试过程中作了一 定的放大,函数总调用时间是指Hash函数总的执行时间,最大拉链长度是指使用拉链法构造链表过程中出现的最大拉链长度,平均拉链长度指拉链的平均长度。 **

测试过程中使用的机器配置如下:

PIII600笔记本,128M内存,windows 2000 server操作系统。

3.2 测试结果

以下分别是对两个不同文本文件中的全部不重复单词构造Hash链表的测试结果,测试结果中函数调用次数放大了100倍,相应的函数调用时间也放大了100倍。

** **

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**从上表可以看出,这些经典软件虽然构造字符串Hash函数的方法不同,但是它们的效率都是不错的,相互之间差距很小,读者可以参考实际情况从其中借鉴使用。 **

Posted by david at November 15, 2005 03:05 PM

Written on September 22, 2006