[数据结构与算法]OC中NSDictionary、NSArray及Swift中Array底层实现原理

首先我们先了解哈希表（hash表）这个概念：

哈希表（hash表）：又叫做散列表，是根据关键码值（key value）而直接访问的数据结构。也就是它通过关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射叫做函数，存放记录的数组叫做哈希表。

读到此处我们得到一个关键信息：所谓?哈希表就是一个数组?，数组中每一个元素称为一个箱子（bin），箱子中存放的是键值对。

hash表存储过程简单介绍：

1.根据key值计算出它的hash值h；

2.假设箱子的个数是n，那么键值对应该放在第（h%n）个箱子中。

3.如果该箱子中已经有了键值对，就是用开放寻址法或者拉链法解决冲突，使用拉链法解决哈希冲突时，每个箱子其实是一个链表，属于同一个箱子的所有键值对都会排列在链表中。

依此我们得出结论：OC中的字典其实是一个数组，数组中每一个元素同样为一个链表实现的数组，也就是数组中套数组。

一、NSDictionary使用原理

在OC中NSDictionary是使用hash表来实现key和value的映射和存储的。

NDDictionary内部结构：

typedef struct {
   NSMapTable        *table;
   NSInteger          i;
   struct _NSMapNode *j;
} NSMapEnumerator;

?NSMapTable是一个哈希＋链表的数据结构

hash表的实现

NSDictionary生成hash表使用的是拉链法

根结构为数组，每个元素为链表

添加key的时候，会把key的hash对根结构的长度取余，结果作为根结构的下标，再把key插入到下标对应的链表元素中。

解决hash冲突

hash冲突即存在多个hash一样的key

拉链法解决冲突:大概原理就是将同一个存储位置的所有元素保存在一个链表中。?

一般来说拉链法需要涉及到解决hash冲突，但巧就巧在，ObjC中一般对象的hash就是它本身的地址，所以几乎是不可能冲突的，对于NSString这类重写了hash方法的，会同时要求重写isEqual方法。当真的遇到hash冲突的话，NSDictionary插入时会无视冲突，而在取数据时，在找到hash后会多一步通过isEqual对比是不是需要的key，如果不是就继续往下找，一般来说出现hash冲突的key都会在同一个链表的相邻位置，所以查找的消耗会非常的低

通俗的说法：那么对应在oc中字典具体如何进行存储的呢？

在oc中每一个对象创建时，都默认生成一个hashCode,也就是经过hash算法生成的一串数字，当利用key去取字典中的value时，若是使用遍历或者二分查找等方法，效率相对较低，于是出现了根据每一个key生成的hashCode将键值对放到hasCode对应的数组中的指定位置，这样当用key去取值时，便不必遍历去获取，既可以根据hashCode直接取出。注意:key值取余得到值相等的键值对，都将保存在同一个链表数组中，当查找key对应的值时，首先获取到该链表数组，然后遍历数组，取正确的key所对应的值即可。

一、NSArray使用原理

如果学过数据结构（这个对了解底层非常重要！），就知道，他是一个线性表数据结构，与之，链表，队列，栈也是。还有一种数据结构为非线性表，例如图，堆，二叉树。区别就在于线性表中，有前后关系：

阅读《Effective Objective-C 2.0》的原版的时候

在使用了NSArray的alloc方法来获取实例时，该方法首先会分类一个属于某类的实例，此实例充当“占位数组”。该数组稍后会转为另一个类的实例，而那个类则是NSArray的实体子类。

?不管创建的事可变还是不可变的数组，

在alloc之后得到的类都是 __NSPlaceholderArray。

而当我们init一个不可变的空数组之后，得到的是**__NSArray0**；

如果有且只有一个元素，那就是 __NSSingleObjectArrayI；

有多个元素的，叫做 __NSArrayI；

init出来一个可变数组的话，都是 __NSArrayM。

CFArray和NSMutableArray

CFArray是CoreFoundation中的，和Foundation中的NSArray相对应

任何典型的程序员都知道 C 数组的原理。可以归结为一段能被方便读写的连续内存空间。数组和指针并不相同 ，不能说：一块被 malloc过的内存空间等同于一个数组 (一种被滥用了的说法)。

NSMutableArray 是一个类簇 - 具体实现实际上是其子类 __NSArrayM

@interface __NSArrayM : NSMutableArray
{
    unsigned long long _used;
    unsigned long long _doHardRetain:1;
    unsigned long long _doWeakAccess:1;
    unsigned long long _size:62;
    unsigned long long _hasObjects:1;
    unsigned long long _hasStrongReferences:1;
    unsigned long long _offset:62;
    unsigned long long _mutations;
    id *_list;
}

__NSArrayM 使用了环形缓冲区(Circular buffer) 这个数据结构相当简单, 只是比常规数组和缓冲区复杂点. 环形缓冲区的内容能在到达任意一端时绕向另一端.
环形缓冲区在任意一端插入或删除均不会要求移动任何内存(除非缓冲区满了)

如果我们在中间进行插入或者删除，只会移动最少的一边的元素。