PHP数组底层之哈希函数的底层实现是怎样的？

1. 什么是哈希函数？

哈希函数是一种“魔法公式”，它可以将一个复杂的输入（比如字符串或数字）变成一个简单的数字。这个数字用来决定数据应该放在哪个桶里。

• 输入：比如键 "apple" 或 123。
• 输出：一个数字，比如 5。
• 作用：快速找到数据存放的位置。

简单来说，哈希函数就像一个魔法师，它把钥匙（键）变成了一个数字（位置），这样我们就能快速找到对应的宝藏（值）。

2. 哈希函数包含哪些部分？

1. 输入数据：比如键 "apple"。
2. 计算规则：比如加、减、乘、除等数学操作。
3. 输出结果：一个数字，用来表示桶的位置。

3. 背后到底做了哪些事情？

当你向数组中添加一个键值对时，PHP 的哈希函数会执行以下步骤：

1. 处理输入：将键（key）转换成可以计算的形式。
2. 计算哈希值：通过一系列数学运算生成一个唯一的数字。
3. 取模运算：将哈希值限制在桶的数量范围内（比如 0 到 7）。
4. 返回位置：告诉 PHP 数据应该存放在哪个桶。

4. 使用场景是什么？

• 快速查找：通过键直接定位到数据。
• 避免冲突：尽量让不同的键映射到不同的桶。
• 动态扩展：当数组变大时，哈希函数可以重新计算位置。

5. 底层原理是什么？

PHP 使用了一个高效的哈希算法（如 DJB 哈希算法）来生成哈希值。它的核心思想是：

1. 逐字符处理：将键的每个字符依次处理。
2. 累加计算：通过数学运算不断更新哈希值。
3. 最终结果：生成一个与输入相关的唯一数字。

6. 实际代码讲解

下面是一个模拟 PHP 哈希函数的简化代码示例，并附有详细注释：

<?php

// 模拟一个简单的哈希函数类
class HashFunction {
    private $size; // 哈希表的大小

    public function __construct($size = 8) {
        $this->size = $size; // 初始化哈希表的大小
    }

    // 计算哈希值
    public function hash($key) {
        $hashValue = 5381; // 初始值（经验值）

        // 遍历键的每个字符
        for ($i = 0; $i < strlen($key); $i++) {
            $char = ord($key[$i]); // 将字符转换为 ASCII 码
            $hashValue = (($hashValue << 5) + $hashValue) + $char; // 核心公式
            // << 是位移操作，相当于乘以 32
        }

        // 取模运算，确保哈希值在桶的范围内
        return abs($hashValue) % $this->size;
    }
}

// 测试代码
$hashFunction = new HashFunction(8); // 创建一个大小为 8 的哈希表
echo "Hash of 'apple': " . $hashFunction->hash("apple") . "\n"; // 输出哈希值
echo "Hash of 'banana': " . $hashFunction->hash("banana") . "\n";

注释详解

1. $hashValue = 5381：初始值是一个经验值，可以提高哈希分布的均匀性。
2. ord($key[$i])：将字符转换为 ASCII 码，方便计算。
3. (($hashValue << 5) + $hashValue) + $char：这是 DJB 哈希算法的核心公式。
   • << 5：将数字左移 5 位，相当于乘以 32。
   • + $hashValue：加上原来的哈希值。
   • + $char：加上当前字符的 ASCII 码。
4. abs($hashValue)：确保哈希值为正数。
5. % $this->size：取模运算，确保哈希值在桶的范围内。

7. 图示与思维导图

思维导图

哈希函数
├── 输入
│   └── 键 (Key)
├── 处理
│   ├── 字符遍历
│   ├── 数学运算
│   └── 取模运算
└── 输出
    └── 桶位置 (Index)

流程图

输入键 -> 遍历每个字符 -> 转换为 ASCII 码 -> 数学运算 -> 取模运算 -> 输出桶位置

示意图

键 "apple" -> 哈希函数 -> 数字 5 -> 存放到桶 5
键 "banana" -> 哈希函数 -> 数字 2 -> 存放到桶 2

UML 类图

+-------------------+
|   HashFunction    |
+-------------------+
| - size: int       |
+-------------------+
| + hash(key): int  |
+-------------------+

8. 总结

通过以上内容，我们可以看到哈希函数是如何工作的。它就像一个魔术师，把复杂的键变成简单的数字，帮助 PHP 快速找到数据存放的位置。