Общий хэш для кортежей в unordered_map / unordered_set

Question

Почему std::unordered_map<tuple<int, int>, string> просто не работает из коробки?Утомительно определять хэш-функцию для tuple<int, int>, например,

template<> struct do_hash<tuple<int, int>>                               
{   size_t operator()(std::tuple<int, int> const& tt) const {...}  }; 

Построение неупорядоченной карты с кортежами в качестве ключей (Матье М.) показывает, как автоматизировать это дляboost::tuple.Есть ли способ сделать это для кортежей c ++ 0x без использования шаблонов с переменными числами?

Конечно, это должно быть в стандарте: (

Answer 1

Это работает в gcc 4.5, позволяя всем кортежам c ++ 0x, содержащим стандартные типы хэширования, быть членами unordered_map и unordered_set без дальнейших церемоний.(Я помещаю код в заголовочный файл и просто включаю его.)

Функция должна находиться в пространстве имен std, чтобы ее можно было найти с помощью поиска по имени (ADL), зависящего от аргумента.

Есть ли более простое решение?

#include <tuple>
namespace std{
    namespace
    {

        // Code from boost
        // Reciprocal of the golden ratio helps spread entropy
        //     and handles duplicates.
        // See Mike Seymour in magic-numbers-in-boosthash-combine:
        //     http://stackoverflow.com/questions/4948780

        template <class T>
        inline void hash_combine(std::size_t& seed, T const& v)
        {
            seed ^= std::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
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            HashValueImpl<Tuple, Index-1>::apply(seed, tuple);
            hash_combine(seed, std::get<Index>(tuple));
          }
        };

        template <class Tuple>
        struct HashValueImpl<Tuple,0>
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            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...> >::apply(seed, tt);    
            return seed;                                 
        }                                              

    };
}

Стандартный код соответствия

Якк указывает, что специализация в пространстве имен std на самом деле неопределенное поведение.Если вы хотите иметь решение, соответствующее стандартам, то вам нужно переместить весь этот код в собственное пространство имен и отказаться от любой идеи о том, что ADL найдет правильную реализацию хеш-функции.Вместо:

unordered_set<tuple<double, int> > test_set;

Вам необходимо:

unordered_set<tuple<double, int>, hash_tuple::hash<tuple<double, int>>> test2;

, где hash_tuple - это ваше собственное пространство имен, а не std::.

. Для этого вы сначаладолжен объявить реализацию хеша в пространстве имен hash_tuple.Это перенаправит все типы не кортежей на std::hash:

namespace hash_tuple{

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

Убедитесь, что hash_combine вызывает hash_tuple::hash, а не std::hash

namespace hash_tuple{

namespace
    {
    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);
    }
}

Затем включите вседругой предыдущий код, но поместите его внутри namespace hash_tuple, а не std::

namespace hash_tuple{

    namespace
    {
        // Recursive template code derived from Matthieu M.
        template <class Tuple, size_t Index = std::tuple_size<Tuple>::value - 1>
        struct HashValueImpl
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            HashValueImpl<Tuple, Index-1>::apply(seed, tuple);
            hash_combine(seed, std::get<Index>(tuple));
          }
        };

        template <class Tuple>
        struct HashValueImpl<Tuple,0>
        {
          static void apply(size_t& seed, Tuple const& tuple)
          {
            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...> >::apply(seed, tt);    
            return seed;                                 
        }                                              
    };

}

Answer 2

#include <boost/functional/hash.hpp>
#include <tuple>

namespace std
{

template<typename... T>
struct hash<tuple<T...>>
{
    size_t operator()(tuple<T...> const& arg) const noexcept
    {
        return boost::hash_value(arg);
    }
};

}

Answer 3

В моем черновике C ++ 0x 20.8.15 говорит, что хеш специализирован для встроенных типов (включая указатели, но, похоже, не подразумевает их разыменование). Это также, кажется, специализируется для error_code, bitset<N>, unique_ptr<T, D>, shared_ptr<T>, typeindex, string, u16string, u32string, wstring, vector<bool, Allocator> и thread::id. (чёткий список!)

Я не использовал C ++ 0x variadics, поэтому мое форматирование, вероятно, далеко, но что-то вроде этого может работать для всех кортежей.

size_t hash_combiner(size_t left, size_t right) //replacable
{ return left + 0x9e3779b9 + (right<<6) + (right>>2);}

template<int index, class...types>
struct hash_impl {
    size_t operator()(size_t a, const std::tuple<types...>& t) const {
        typedef typename std::tuple_element<index, std::tuple<types...>>::type nexttype;
        hash_impl<index-1, types...> next;
        size_t b = std::hash<nexttype>()(std::get<index>(t));
        return next(hash_combiner(a, b), t); 
    }
};
template<class...types>
struct hash_impl<0, types...> {
    size_t operator()(size_t a, const std::tuple<types...>& t) const {
        typedef typename std::tuple_element<0, std::tuple<types...>>::type nexttype;
        size_t b = std::hash<nexttype>()(std::get<0>(t));
        return hash_combiner(a, b); 
    }
};

template<class...types>
struct tuple_hash<std::tuple<types...>> {
    size_t operator()(const std::tuple<types...>& t) {
        const size_t begin = std::tuple_size<std::tuple<types...>>::value-1;
        return hash_impl<begin, types...>()(0, t);
    }
}

Эта версия фактически компилируется и запускается

Якк заметил, что специализация std::hash напрямую технически недопустима, поскольку мы специализируем стандартный шаблон библиотеки с объявлением, которое не зависит от определенного пользователем тип.

Answer 4

С C ++ 20 можно использовать складные выражения и универсальные лямбда-выражения для вычисления хэша кортежа без рекурсии.Я предпочитаю полагаться на std::hash<uintmax_t> вместо ручного комбинирования хэшей:

#include <cinttypes>
#include <cstddef>
#include <functional>
#include <tuple>

class hash_tuple {
    template<class T>
    struct component {
        const T& value;
        component(const T& value) : value(value) {}
        uintmax_t operator,(uintmax_t n) const {
            n ^= std::hash<T>()(value);
            n ^= n << (sizeof(uintmax_t) * 4 - 1);
            return n ^ std::hash<uintmax_t>()(n);
        }
    };

public:
    template<class Tuple>
    size_t operator()(const Tuple& tuple) const {
        return std::hash<uintmax_t>()(
            std::apply([](const auto& ... xs) { return (component(xs), ..., 0); }, tuple));
    }
};

- 1 в sizeof(uintmax_t) * 4 - 1 необязательно, но, как представляется, немного улучшает распределение хэшей.Этот класс может использоваться как с std::tuple, так и с std::pair.