C言語でハッシュテーブルの管理関数の使い方を教えて！
こういった悩みにお答えします．
本記事の信頼性
- リアルタイムシステムの研究歴12年．
- 東大教員の時に，英語でOS（Linuxカーネル）の授業．
- 2012年9月～2013年8月にアメリカのノースカロライナ大学チャペルヒル校（UNC）コンピュータサイエンス学部で客員研究員として勤務．C言語でリアルタイムLinuxの研究開発．
- プログラミング歴15年以上，習得している言語: C/C++，Python，Solidity/Vyper，Java，Ruby，Go，Rust，D，HTML/CSS/JS/PHP，MATLAB，Assembler (x64，ARM)．
- 東大教員の時に，C++言語で開発した「LLVMコンパイラの拡張」，C言語で開発した独自のリアルタイムOS「Mcube Kernel」をGitHubにオープンソースとして公開．
- 2020年1月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるGuarantee Happiness LLCのCTOとしてECサイト開発やWeb/SNSマーケティングの業務．2022年6月～現在はアメリカのノースカロライナ州チャペルヒルにあるJapanese Tar Heel, Inc.のCEO兼CTO．
- 最近は自然言語処理AIとイーサリアムに関する有益な情報発信に従事．
- （AI全般を含む）自然言語処理AIの論文の日本語訳や，AIチャットボット（ChatGPT，Auto-GPT，Gemini（旧Bard）など）の記事を50本以上執筆．アメリカのサンフランシスコ（広義のシリコンバレー）の会社でプロンプトエンジニア・マネージャー・Quality Assurance（QA）の業務委託の経験あり．
- （スマートコントラクトのプログラミングを含む）イーサリアムや仮想通貨全般の記事を200本以上執筆．イギリスのロンドンの会社で仮想通貨の英語の記事を日本語に翻訳する業務委託の経験あり．
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ハッシュテーブルの管理関数
ハッシュテーブルの管理関数を紹介します．
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int hcreate(size_t nel); ENTRY *hsearch(ENTRY item, ACTION action); void hdestroy(void); int hcreate_r(size_t nel, struct hsearch_data *htab); int hsearch_r(ENTRY item, ACTION action, ENTRY **retval, struct hsearch_data *htab); void hdestroy_r(struct hsearch_data *htab) |
hcreate/hsearch/hdestroy関数の3つの関数を利用すると，キー（文字列）と対応するデータから構成されるエントリーを格納できるハッシュ検索テーブルを作成，管理することができます．
これらの関数を利用して一度に使用できるのは一つのハッシュテーブルだけです．
hcreate_r/hsearch_r/hdestroy_r関数の3つの関数は，hcreate/hsearch/hdestroy関数のリエントラント版です．
これらの関数を利用すると，一つのプログラムで同時に複数のハッシュテーブルを使うことができます．
最後の引数htabは関数の操作対象となるテーブルを示す構造体へのポインタです．
プログラマはこの構造体をブラックボックスとして扱うべきです．
なので，この構造体のフィールドに直接アクセスしたり変更したりしないように注意して下さい．
hcreate関数は，ハッシュテーブルを作成する関数です．
引数nelでテーブルの最大エントリ数を指定します (この最大値は後で変更できないので注意して下さい．)．
hcreate_r関数はhcreate関数と同じ動作をしますが，構造体*htabで示されるテーブルを対象として動作します．
htabが指し示す構造体は，hcreate_r関数を初めて呼び出す前に0で埋めておかなければなりません．
hcreate/hcreate_r関数が成功した場合は0以外の値を返し，エラーの場合は0を返します．
hsearch関数は，第1引数itemと同じキーを持つ項目をハッシュテーブルから検索し，項目が見つかった場合にはその項目へのポインタを返します (「同じ」かどうかは strcmp関数を利用して判定します．)．
引数itemはENTRY型であり，以下のように定義されています．
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typedef struct entry { char *key; void *data; } ENTRY; |
strcmp関数を知りたいあなたはこちらからどうぞ．
検索が失敗した後の動作は，第2引数actionにより決まります．
この引数にはENTERかFINDのどちらかの値を指定します．
ENTERはitem のコピーを挿入することを（関数の結果として新しいハッシュテーブルエントリーへのポインターを返す），FINDはNULLを返すことを意味します（actionがFINDの場合，dataは無視されます．）．
hsearch_r関数はhsearch関数と同様ですが，*htabで示されるハッシュテーブルに対して処理を行う点が異なります．
hsearch_r関数は，見つかった項目へのポインタを，関数の結果としてではなく，retvalに格納して返します．
hsearch関数の返り値は，ハッシュテーブル内のエントリーへのポインタです．
エラーの場合，hsearch関数はNULLを返します．
エラーとなるのは，actionがENTERでハッシュテーブルがいっぱいの場合か，actionがFINDでitemがハッシュテーブル内に見つからない場合です．
hsearch_r関数は，成功すると0以外を返し，エラーの場合は0を返します．
hdestroy関数は，hcreate関数で作成されたハッシュテーブルが占有していたメモリを解放します．
ハッシュテーブルによって占有されていたメモリを解放し，新しいテーブルを作成できるようにします．
hdestroy関数を呼び出すと，その後は hcreate関数を使って新しいハッシュテーブルを作成することができます．
hdestroy_r関数は，同様の処理を，それ以前にhcreate_r関数を使って作成した*htabで示されるハッシュテーブルに対して実行します．
ハッシュテーブルの管理関数の使い方
ハッシュテーブルの管理関数の使い方を紹介します．
hcreate/hsearch/hdestroy関数の使い方
hcreate/hsearch/hdestroy関数の使い方は以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <search.h> int main(int argc, char *argv[]) { ENTRY e; ENTRY *ep; char *array[] = {"abc", "ddd", "cba", "a"}; size_t i; size_t size = sizeof(array) / sizeof(array[0]); if (argc != 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s string\n", argv[0]); exit(1); } if (hcreate(size) == 0) { perror("hcreate"); exit(2); } for (i = 0; i < size; i++) { e.key = array[i]; e.data = (void *)(size_t) i; if ((ep = hsearch(e, ENTER)) == NULL) { perror("hsearch"); exit(3 + i); } } e.key = argv[1]; if ((ep = hsearch(e, FIND)) == NULL) { printf("%s is not found.\n", e.key); } else { printf("%s: %zu\n", ep->key, (size_t) ep->data); } hdestroy(); return 0; } |
実行結果は以下になります．
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$ gcc hsearch.c $ a.out cba cba: 2 $ a.out d d is not found. |
hcreate_r/hsearch_r/hdestroy_r関数の使い方
hcreate_r/hsearch_r/hdestroy_r関数の使い方は以下になります．
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/* * Author: Hiroyuki Chishiro * License: 2-Clause BSD */ #define _GNU_SOURCE #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <search.h> int main(int argc, char *argv[]) { ENTRY e; ENTRY *ep; char *array[] = {"abc", "ddd", "cba", "a"}; size_t i; size_t size = sizeof(array) / sizeof(array[0]); struct hsearch_data *htab; if (argc != 2) { fprintf(stderr, "Usage: %s string\n", argv[0]); exit(1); } if ((htab = malloc(sizeof(struct hsearch_data))) == NULL) { fprintf(stderr, "Error: cannot allocate memory %zu bytes.\n", sizeof(struct hsearch_data)); exit(2); } if (hcreate_r(size, htab) == 0) { perror("hcreate_r"); exit(3); } for (i = 0; i < size; i++) { e.key = array[i]; e.data = (void *)(size_t) i; if (hsearch_r(e, ENTER, &ep, htab) == 0) { perror("hsearch_r"); exit(4 + i); } } e.key = argv[1]; if (hsearch_r(e, FIND, &ep, htab) == 0) { printf("%s is not found.\n", e.key); } else { printf("%s: %zu\n", ep->key, (size_t) ep->data); } hdestroy_r(htab); free(htab); return 0; } |
実行結果は以下になります．
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$ gcc hsearch_r.c $ a.out cba cba: 2 $ a.out d d is not found. |
まとめ
C言語でハッシュテーブルの管理関数の使い方を紹介しました．
ハッシュテーブルの標準ライブラリ関数を利用する時に参考にして下さい．
ハッシュテーブルの自作関数を知りたいあなたはこちらからどうぞ．
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