热身赛一级赛题1， 实现哈希表

APP_Framework/Applications/app_test/Kconfig

@@ -239,6 +239,10 @@ menu "test app"
             menuconfig USER_TEST_TIMER
                 bool "Config test soft timer"
                 default n
+
+            menuconfig USER_TEST_HASH
+                bool "Config test hash"
+                default n
             
         endif
 endmenu

APP_Framework/Applications/app_test/Makefile

@@ -100,6 +100,10 @@ ifeq ($(CONFIG_ADD_XIZI_FETURES),y)
     ifeq ($(CONFIG_USER_TEST_TIMER),y)
         SRC_FILES += test_timer.c
     endif    
+    
+    ifeq ($(CONFIG_USER_TEST_HASH),y)
+        SRC_FILES += test_hash/test_hash.c
+    endif  
 
     include $(KERNEL_ROOT)/compiler.mk
 endif

APP_Framework/Applications/app_test/test_hash/README.md

@@ -0,0 +1,58 @@
+# 基于cortex-m3-emulator实现哈希表并测试验证##
+
+## 1. 简介
+利用c语言实现了哈希表（HashMap），包括添加键值对(Put)，获取键对应的值(Get), 删除健（Delete），清空哈希表(Clear)， 迭代遍历哈希表(hashMapIterator)等功能
+操作。
+
+利用数组（Entry）作为存储空间，利用链表(*next)解决冲突。当哈希表的大小超过数组大小后，为避免发生冲突过多的情况，可以对哈希表扩容。
+
+## 2. 数据结构设计说明
+键值对结构
+typedef struct entry {
+    void * key;             // 键
+    void * value;           // 值
+    struct entry * next;    // 冲突链表
+}*Entry;
+
+哈希结构
+typedef struct hashMap {
+    int size;           // 当前大小
+    int listSize;       // 有效空间大小
+    HashCode hashCode;  // 哈希函数
+    Equal equal;        // 判等函数
+    Entry list;         // 存储区域
+    Put put;            // 添加键的函数
+    Get get;            // 获取键对应值的函数
+    Remove remove;      // 删除键
+    Clear clear;        // 清空Map
+    Exists exists;      // 判断键是否存在
+    Boolean autoAssign;	// 设定是否根据当前数据量动态调整内存大小，默认开启
+}*HashMap;
+
+包括以下函数功能，分别为：
+`createHashMap`：创建一个哈希结构
+`defaultPut`：添加键值对
+`defaultGet`：获取键对应值
+`defaultRemove`：删除指定键的键值对
+`defaultExists`：判断键值是否存在
+`defaultClear`：清空Map的函数类型
+`resetHashMap`：重新构建哈希表
+
+
+## 3. 测试程序说明
+测试了哈希表的插入键值对(Put)，判断键是否存在(Exist)，获取键对应的值(Get)， 删除健（Delete），迭代遍历哈希表(hashMapIterator)，清空哈希表(Clear)等操作。
+并展示了利用链地址法解决哈希冲突的示例, 两个不同的人(Bob和Li Ming)的hashcode相同。
+
+## 4. 运行结果（##需结合运行测试截图按步骤说明##）
+![image](ConfigOpen.png)
+打开menuconfig之后，将test_hash_map开启(y)，保存后退出
+
+![image](CompileSuccess.png)
+编译XiZi-cortex-m3-emulator.elf成功
+
+![image](ShellCommand.png)
+启动qemu模拟Xiuos操作系统，验证TestHash注册Shell命令
+
+![image](TestHash.png)
+执行TestHash命令，打印测试结果。
+

APP_Framework/Applications/app_test/test_hash/test_hash.c

@@ -0,0 +1,323 @@
+
+/**
+* @file:    test_hash.c
+* @brief:   a application of test hash function
+* @version: 3.0
+* @author:  Yao wenying
+* @date:    2023/05/26
+*/
+
+#include <transform.h>
+#include"test_hash.h"
+
+int defaultHashCode(HashMap hashMap, let key) {
+	char * k = (char *)key;
+	unsigned long h = 0;
+	while (*k) {
+		h = (h << 4) + *k++;
+		unsigned long g = h & 0xF0000000L;
+		if (g) {
+			h ^= g >> 24;
+		}
+		h &= ~g;
+	}
+	return h % hashMap->listSize;
+}
+
+Boolean defaultEqual(let key1, let key2) {
+	return strcmp((string)key1, (string)key2) ? False : True;
+}
+
+void resetHashMap(HashMap hashMap, int listSize) {
+
+	if (listSize < 8) return;
+
+	// 键值对临时存储空间
+	Entry tempList = newEntryList(hashMap->size);
+
+	HashMapIterator iterator = createHashMapIterator(hashMap);
+	int length = hashMap->size;
+	for (int index = 0; hasNextHashMapIterator(iterator); index++) {
+		// 迭代取出所有键值对
+		iterator = nextHashMapIterator(iterator);
+		tempList[index].key = iterator->entry->key;
+		tempList[index].value = iterator->entry->value;
+		tempList[index].next = NULL;
+	}
+	freeHashMapIterator(&iterator);
+
+	// 清除原有键值对数据
+	hashMap->size = 0;
+	for (int i = 0; i < hashMap->listSize; i++) {
+		Entry current = &hashMap->list[i];
+		current->key = NULL;
+		current->value = NULL;
+		if (current->next != NULL) {
+			while (current->next != NULL) {
+				Entry temp = current->next->next;
+				free(current->next);
+				current->next = temp;
+			}
+		}
+	}
+
+	// 更改内存大小
+	hashMap->listSize = listSize;
+	Entry relist = (Entry)realloc(hashMap->list, hashMap->listSize * sizeof(struct entry));
+	if (relist != NULL) {
+		hashMap->list = relist;
+		relist = NULL;
+	}
+
+	// 初始化数据
+	for (int i = 0; i < hashMap->listSize; i++) {
+		hashMap->list[i].key = NULL;
+		hashMap->list[i].value = NULL;
+		hashMap->list[i].next = NULL;
+	}
+
+	// 将所有键值对重新写入内存
+	for (int i = 0; i < length; i++) {
+		hashMap->put(hashMap, tempList[i].key, tempList[i].value);
+	}
+	free(tempList);
+}
+
+void defaultPut(HashMap hashMap, let key, let value) {
+	// 获取哈希值
+	int index = hashMap->hashCode(hashMap, key);
+
+	if (hashMap->list[index].key == NULL) {
+		hashMap->size++;
+		// 该地址为空时直接存储
+		hashMap->list[index].key = key;
+		hashMap->list[index].value = value;
+	}
+	else {
+
+		Entry current = &hashMap->list[index];
+		while (current != NULL) {
+			if (hashMap->equal(key, current->key)) {
+				// 对于键值已经存在的直接覆盖
+				current->value = value;
+				return;
+			}
+			current = current->next;
+		};
+
+		// 发生冲突则创建节点挂到相应位置的next上
+		Entry entry = newEntry();
+		entry->key = key;
+		entry->value = value;
+		entry->next = hashMap->list[index].next;
+		hashMap->list[index].next = entry;
+		hashMap->size++;
+	}
+
+	if (hashMap->autoAssign && hashMap->size >= hashMap->listSize) {
+
+		// 内存扩充至原来的两倍
+		// *注: 扩充时考虑的是当前存储元素数量与存储空间的大小关系，而不是存储空间是否已经存满，
+		// 例如: 存储空间为10，存入了10个键值对，但是全部冲突了，所以存储空间空着9个，其余的全部挂在一个上面，
+		// 这样检索的时候和遍历查询没有什么区别了，可以简单这样理解，当我存入第11个键值对的时候一定会发生冲突，
+		// 这是由哈希函数本身的特性(取模)决定的，冲突就会导致检索变慢，所以这时候扩充存储空间，对原有键值对进行
+		// 再次散列，会把冲突的数据再次分散开，加快索引定位速度。
+		resetHashMap(hashMap, hashMap->listSize * 2);
+	}
+}
+
+let defaultGet(HashMap hashMap, let key) {
+	if (hashMap->exists(hashMap, key)) {
+		int index = hashMap->hashCode(hashMap, key);
+		Entry entry = &hashMap->list[index];
+		while (entry != NULL) {
+			if (hashMap->equal(entry->key, key)) {
+				return entry->value;
+			}
+			entry = entry->next;
+		}
+	}
+	return NULL;
+}
+
+let defaultRemove(HashMap hashMap, let key) {
+	int index = hashMap->hashCode(hashMap, key);
+	Entry entry = &hashMap->list[index];
+	if (entry->key == NULL) {
+		return NULL;
+	}
+    let entryKey = entry->key;
+	Boolean result = False;
+	if (hashMap->equal(entry->key, key)) {
+		hashMap->size--;
+		if (entry->next != NULL) {
+			Entry temp = entry->next;
+			entry->key = temp->key;
+			entry->value = temp->value;
+			entry->next = temp->next;
+			free(temp);
+		}
+        else {
+            entry->key = NULL;
+            entry->value = NULL;
+        }
+		result = True;
+	}
+	else {
+		Entry p = entry;
+		entry = entry->next;
+		while (entry != NULL) {
+			if (hashMap->equal(entry->key, key)) {
+				hashMap->size--;
+				p->next = entry->next;
+				free(entry);
+				result = True;
+				break;
+			}
+			p = entry;
+			entry = entry->next;
+		};
+	}
+
+	// 如果空间占用不足一半，则释放多余内存
+	if (result && hashMap->autoAssign &&  hashMap->size < hashMap->listSize / 2) {
+		resetHashMap(hashMap, hashMap->listSize / 2);
+	}
+	return entryKey;
+}
+
+Boolean defaultExists(HashMap hashMap, let key) {
+	int index = hashMap->hashCode(hashMap, key);
+	Entry entry = &hashMap->list[index];
+	if (entry->key == NULL) {
+		return False;
+	}
+	else {
+		while (entry != NULL) {
+			if (hashMap->equal(entry->key, key)) {
+				return True;
+			}
+			entry = entry->next;
+		}
+		return False;
+	}
+}
+
+void defaultClear(HashMap hashMap) {
+	for (int i = 0; i < hashMap->listSize; i++) {
+		// 释放冲突值内存
+		Entry entry = hashMap->list[i].next;
+		while (entry != NULL) {
+			Entry next = entry->next;
+			free(entry);
+			entry = next;
+		}
+		hashMap->list[i].next = NULL;
+	}
+	// 释放存储空间
+	free(hashMap->list);
+	hashMap->list = NULL;
+	hashMap->size = -1;
+	hashMap->listSize = 0;
+}
+
+HashMap createHashMap(HashCode hashCode, Equal equal) {
+	HashMap hashMap = newHashMap();
+	if (hashMap == NULL) {
+		return NULL;
+	}
+	hashMap->size = 0;
+	hashMap->listSize = 8;
+	hashMap->hashCode = hashCode == NULL ? defaultHashCode : hashCode;
+	hashMap->equal = equal == NULL ? defaultEqual : equal;
+	hashMap->exists = defaultExists;
+	hashMap->get = defaultGet;
+	hashMap->put = defaultPut;
+	hashMap->remove = defaultRemove;
+	hashMap->clear = defaultClear;
+	hashMap->autoAssign = True;
+	
+	// 起始分配8个内存空间，溢出时会自动扩充
+	hashMap->list = newEntryList(hashMap->listSize);
+	if (hashMap->list == NULL) {
+		return NULL;
+	}
+	Entry p = hashMap->list;
+	for (int i = 0; i < hashMap->listSize; i++) {
+		p[i].key = p[i].value = p[i].next = NULL;
+	}
+	return hashMap;
+}
+
+HashMapIterator createHashMapIterator(HashMap hashMap) {
+	HashMapIterator iterator = newHashMapIterator();
+	if (iterator == NULL) {
+		return NULL;
+	}
+	iterator->hashMap = hashMap;
+	iterator->count = 0;
+	iterator->hashCode = -1;
+	iterator->entry = NULL;
+	return iterator;
+}
+
+Boolean hasNextHashMapIterator(HashMapIterator iterator) {
+	return iterator->count < iterator->hashMap->size ? True : False;
+}
+
+HashMapIterator nextHashMapIterator(HashMapIterator iterator) {
+	if (hasNextHashMapIterator(iterator)) {
+		if (iterator->entry != NULL && iterator->entry->next != NULL) {
+			iterator->count++;
+			iterator->entry = iterator->entry->next;
+			return iterator;
+		}
+		while (++iterator->hashCode < iterator->hashMap->listSize) {
+			Entry entry = &iterator->hashMap->list[iterator->hashCode];
+			if (entry->key != NULL) {
+				iterator->count++;
+				iterator->entry = entry;
+				break;
+			}
+		}
+	}
+	return iterator;
+}
+
+void freeHashMapIterator(HashMapIterator * iterator) {
+	free(*iterator);
+	*iterator = NULL;
+}
+
+#define Put(map, key, value) map->put(map, (void *)key, (void *)value);
+#define Get(map, key) (char *)map->get(map, (void *)key)
+#define Remove(map, key) map->remove(map, (void *)key)
+#define Existe(map, key) map->exists(map, (void *)key)
+
+void TestHash() {
+    HashMap map = createHashMap(NULL, NULL);
+    Put(map, "000123", "Annie");
+    Put(map, "000245", "Bob");
+    Put(map, "000284", "Daniel");
+    Put(map, "000281", "Luna");
+    Put(map, "000587", "Yao");
+    Put(map, "000985", "Li Ming");
+    Put(map, "000852", "Janne");
+
+    printf("print the key-values in hashmap:\n");
+    HashMapIterator iterator = createHashMapIterator(map);
+    while (hasNextHashMapIterator(iterator)) {
+        iterator = nextHashMapIterator(iterator);
+        printf("{ key: %s, key: %s, hashcode: %d }\n",
+            (char *)iterator->entry->key, (char *)iterator->entry->value, iterator->hashCode);
+    }
+    printf("key: 000852, exists: %s\n", Existe(map, "000852") ? "true" : "false");
+    printf("000852: %s\n", Get(map, "000852"));
+    printf("remove 000852 %s\n", Remove(map, "000852") ? "true" : "false");
+    printf("key: 000852, exists: %s\n", Existe(map, "000852") ? "true" : "false");
+
+    map->clear(map);
+    freeHashMapIterator(&iterator);
+}
+
+PRIV_SHELL_CMD_FUNCTION(TestHash, Implement hash_map, PRIV_SHELL_CMD_MAIN_ATTR);

APP_Framework/Applications/app_test/test_hash/test_hash.h

@@ -0,0 +1,129 @@
+
+/**
+* @file:    test_hash.h
+* @brief:   a application of test hash function
+* @version: 3.0
+* @author:  Yao wenying
+* @date:    2023/05/26
+*/
+
+
+#ifndef __HASHMAP_H__
+#define __HASHMAP_H__
+
+#include<stdlib.h>
+#include<string.h>
+#include<stdio.h>
+
+
+// 实现数据的基本类型
+// 字符串类型
+#define string char *
+#define newString(str) strcpy((char *)malloc(strlen(str) + 1), str)
+#define NEW(type) (type *)malloc(sizeof(type))
+
+// 布尔类型
+enum _Boolean { True = 1, False = 0 };
+typedef enum _Boolean  Boolean;
+
+#define let void *
+
+typedef struct entry {
+	let key;				// 键
+	let value;				// 值
+	struct entry * next;	// 冲突链表
+}*Entry;
+
+#define newEntry() NEW(struct entry)
+#define newEntryList(length) (Entry)malloc(length * sizeof(struct entry))
+
+// 哈希结构
+typedef struct hashMap *HashMap;
+
+#define newHashMap() NEW(struct hashMap)
+
+// 哈希函数类型
+typedef int(*HashCode)(HashMap, let key);
+
+// 判等函数类型
+typedef Boolean(*Equal)(let key1, let key2);
+
+// 添加键函数类型
+typedef void(*Put)(HashMap hashMap, let key, let value);
+
+// 获取键对应值的函数类型
+typedef let(*Get)(HashMap hashMap, let key);
+
+// 删除键的函数类型
+typedef let(*Remove)(HashMap hashMap, let key);
+
+// 清空Map的函数类型
+typedef void(*Clear)(HashMap hashMap);
+
+// 判断键值是否存在的函数类型
+typedef Boolean(*Exists)(HashMap hashMap, let key);
+
+typedef struct hashMap {
+	int size;			// 当前大小
+	int listSize;		// 有效空间大小
+	HashCode hashCode;	// 哈希函数
+	Equal equal;		// 判等函数
+	Entry list;			// 存储区域
+	Put put;			// 添加键的函数
+	Get get;			// 获取键对应值的函数
+	Remove remove;		// 删除键
+	Clear clear;		// 清空Map
+	Exists exists;		// 判断键是否存在
+	Boolean autoAssign;	// 设定是否根据当前数据量动态调整内存大小，默认开启
+}*HashMap;
+
+// 迭代器结构
+typedef struct hashMapIterator {
+	Entry entry;	// 迭代器当前指向
+	int count;		// 迭代次数
+	int hashCode;	// 键值对的哈希值
+	HashMap hashMap;
+}*HashMapIterator;
+
+#define newHashMapIterator() NEW(struct hashMapIterator)
+
+// 默认哈希函数
+static int defaultHashCode(HashMap hashMap, let key);
+
+// 默认判断键值是否相等
+static Boolean defaultEqual(let key1, let key2);
+
+// 默认添加键值对
+static void defaultPut(HashMap hashMap, let key, let value);
+
+// 默认获取键对应值
+static let defaultGet(HashMap hashMap, let key);
+
+// 默认删除键
+static let defaultRemove(HashMap hashMap, let key);
+
+// 默认判断键是否存在
+static Boolean defaultExists(HashMap hashMap, let key);
+
+// 默认清空Map
+static void defaultClear(HashMap hashMap);
+
+// 重新构建
+static void resetHashMap(HashMap hashMap, int listSize);
+
+// 创建一个哈希结构
+HashMap createHashMap(HashCode hashCode, Equal equal);
+
+// 创建哈希结构迭代器
+HashMapIterator createHashMapIterator(HashMap hashMap);
+
+// 迭代器是否有下一个
+Boolean hasNextHashMapIterator(HashMapIterator iterator);
+
+// 迭代到下一次
+HashMapIterator nextHashMapIterator(HashMapIterator iterator);
+
+// 释放迭代器内存
+void freeHashMapIterator(HashMapIterator * iterator);
+
+#endif // !__HASHMAP_H__