Хэши

Ассоциации и хэши

В программировании ассоциативные связи являются одним из основных видов связей между информационными объектами наряду с наследованием (связями типа "предок-потомок") и агрегацией (связями типа "часть-целое"). Ассоциации позволяют устанавливать необходимые логические связи между сущностями по избранному программистом критерию. Ассоциативная связь подобна стрелке на схеме, направленной от одного объекта к другому. Часто ассоциации используются для нахождения по заданной величине соответствующего значения. В этом случае две части ассоциативной связи соответственно называют поисковым ключом (key) и значением (value), ассоциированным с этим ключом. На этом принципе основана классическая структура данных, называемая словарем (dictionary).

В языке Perl для выражения ассоциаций имеются ассоциативные массивы или хэш-таблицы, которые для краткости принято называть хэшами. Хэш (hash) представляет из себя набор ассоциативных связей. Ключом хэша может быть любая скалярная величина: строка, ссылка, целое или дробное число, автоматически преобразуемое в строку. Причем значения всех ключей в хэше уникальны, поскольку внутренняя организация хэша не допускает ключей с одинаковыми значениями. Ассоциированное с ключом значение может быть любой скалярной величиной. Хэши сочетают в себе ряд привлекательных качеств: гибкость, мощь, быстроту и удобство работы. Поэтому они весьма часто используются при программировании на Perl самых различных задач. С помощью хэшей можно моделировать понятия из математики, информатики, лингвистики и других областей знаний: множества, словари, фреймы, семантические сети, программные объекты и простые базы данных. Размер хэша в Perl ограничен только доступной программе памятью, поэтому хэши позволяют эффективно обрабатывать большие объемы данных, в которых требуется выполнять быстрый поиск. Примечательно то, что в других языках ассоциативные массивы реализованы в виде коллекций объектов в библиотечных модулях, а в языке Perl хэши встроены в ядро языка, что обеспечивает их максимально эффективную работу.

Хэши - переменные и литералы

В программе хэш представляется в виде переменной, имеющей тип хэша, которая записывается с разыменовывающим префиксом % перед именем. Этот префикс обозначает, что это переменная-хэш, в которой хранится набор ассоциативных связей, иначе говоря, пар "ключ - значение":

%hash # переменная-хэш

Непосредственные величины ключей и значений хэша могут быть представлены в виде списочного литерала, который записывается как список в круглых скобках, состоящий из элементов хэша. Каждый элемент в литерале состоит из двух частей: поискового ключа и связанного с ним значения, разделенных символами =>, например:

('версия' => 5.8, 'язык' => 'Perl')    # ключ - строка
(3.14 => 'число Пи')                   # ключ - дробь
(1 => 'one', 2 => 'two', 3 => 'three') # ключ - целое
($key1 => $value1, $key2 => $value2)   # ключ в переменной

Операция => эквивалентна запятой, за исключением того, что она создает строковый контекст, так что ее левый операнд автоматически преобразуется к строке. Именно поэтому числа в этом примере записаны без кавычек. Литеральные списки, содержащие ассоциативные пары, обычно применяются для присваивания хэшам начальных значений:

%quarter1 = (1 => 'январь', 2 => 'февраль', 3 => 'март');
%dns = ($site => $ip, 'www.perl.com' => '208.201.239.36');
%empty = (); # пустой список удаляет все элементы хэша

Если в качестве ключа хэша используется переменная с неопределенным значением, то оно преобразуется в пустую строку, которая и станет поисковым ключом. Значения ключей в хэше уникальны, поэтому хэш часто используется для моделирования множества или простой базы данных с уникальным поисковым индексом. При добавлении нескольких элементов с одинаковыми ключами в хэше остается только последний добавленный:

%num2word = (10 => 'десять', 5 => 'пять', 10 => 'ten');
# в %num2word останется только (5 => 'пять', 10 => 'ten')

Ситуация, когда с поисковым ключом хэша ассоциируется неопределенное значение, считается нормальной. Это чаще всего означает, что связанное с ключом значение будет добавлено позднее.

Начальные значения элементов хэша могут браться из любого списка, при этом значения нечетных элементов списка становятся в хэше ключами, а четных - ассоциированными с этими ключами значениями. Так что два следующих присваивания эквивалентны:

%dictionary = ('я' => 'I', 'он' => 'he', 'она' => 'she');
%dictionary = ('я', 'I', 'он', 'he', 'она', 'she');

И конечно, для заполнения хэша элементами вместо списочного литерала можно использовать массив, содержащий пары "ключ - значение":

%dictionary = @list_of_key_value_pairs; # массив пар

В повседневной работе хэш заполняется данными из списка, который считывается из файла или генерируется при помощи пользовательской функции.

Следует иметь в виду, что, в отличие от массивов, элементы в хэше не упорядочены, и порядок следования элементов при добавлении элементов в хэш и при выборке их из хэша обычно не совпадает. Все значения, хранящиеся в хэше, можно преобразовать в список, если употребить переменную-хэш в списочном контексте в правой части операции присваивания. Вот так:

@key_value_list = %hash; # список ключей и значений

При этом в список будут помещены все ассоциативные пары из хэша, и ключи станут нечетными элементами списка, а значения - четными. Порядок копирования в массив ассоциативных пар заранее не известен.