为何要对 TopoDS_Shape 实施 std::hash 特化?

3天前发布 gsjqwyl
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探究对 TopoDS_Shape 进行 std::hash 特化的缘由

std::hash 模板开展特化操作,目的是让标准库的哈希机制能够对 OpenCASCADE 的 TopoDS_Shape 类型进行处理。

更确切地讲,是在 std 命名空间内为 TopoDS_Shape 类型提供一个 std::hash 的特化版本。

下面来详细阐释:

1. std::hash 究竟是什么?

std::hash 是 C++ 标准库中定义于 <functional> 头文件的一个模板类。它的作用是为特定类型生成哈希函数,该函数能把该类型的一个对象转换为 size_t 类型的哈希值。

哈希值一般应用在哈希表(例如 std::unordered_mapstd::unordered_set)中,以此实现元素的快速查找与存储。

2. 为何要为 TopoDS_Shape 特化 std::hash

标准库仅仅为部分内置类型(像 intdoublestd::string)以及部分标准库类型(比如 std::vector,前提是其元素可哈希)提供了默认的 std::hash 实现。

对于用户自定义的类型,比如 OCCT 的 TopoDS_Shape,标准库并不知晓怎样计算它的哈希值。要是直接把 TopoDS_Shape 当作键用在 std::unordered_map 里,编译器通常会报错,因为找不到合适的 std::hash<TopoDS_Shape> 实现。

所以,要是想要在标准哈希容器中把 TopoDS_Shape 当作键使用,或者在其他需要对 TopoDS_Shape 对象进行哈希的场景下,就需要像这段代码一样,为 TopoDS_Shape 提供 std::hash 的特化版本。

3. 代码解析:

namespace std // 进入 std 命名空间
{
template <> // 这是模板特化
struct hash<TopoDS_Shape> // 为 std::hash 模板针对 TopoDS_Shape 类型进行特化
{
    // 这个结构体必须提供一个名为 operator() 的成员函数
    size_t operator()(const TopoDS_Shape& theShape) const noexcept
    {
        // 获取 TopoDS_Shape 的 Location 属性,并计算其哈希值
        const size_t aHL = std::hash<TopLoc_Location>{}(theShape.Location());
        // TopLoc_Location 也需要有对应的 std::hash 特化,或者 OCCT 内部提供了

        // 如果 Location 的哈希值为 0 (可能是默认 Location 或者其他特殊情况)
        return aHL == 0
               ? opencascade::hash(theShape.TShape().get()) // 直接使用 TShape 指针的哈希
               // TShape() 返回一个 Handle(TopoDS_TShape),.get() 获取原始指针
               // opencascade::hash 可能是 OCCT 内部提供的一个通用哈希函数
               : opencascade::MurmurHash::hash_combine(theShape.TShape().get(), sizeof(void*), aHL);
        // 如果 Location 的哈希值不为 0,则结合 TShape 指针的哈希和 Location 的哈希
        // opencascade::MurmurHash::hash_combine 应该是使用 MurmurHash 算法来组合多个哈希值
        // sizeof(void*) 是 TShape 指针的大小
    }
};
} // namespace std

关键要点:

  • template<> struct hash<TopoDS_Shape>:这是模板特化的标准语法。template <> 表明我们不是在定义新模板,而是为已有模板 (std::hash) 针对特定类型 (TopoDS_Shape) 提供完整实现。
  • namespace std:特化标准库模板必须在 std 命名空间内进行,这是 C++ 标准的规定。
  • operator()std::hash 特化必须实现一个常量、noexceptoperator(),它接收该类型的 const 引用作为参数,并返回 size_t 类型的哈希值。
  • 哈希逻辑
  • 首先考虑 TopoDS_ShapeLocation() 属性。TopLoc_Location 代表形状的空间位置和方向变换。
  • 然后考虑 TShape() 属性,它是指向形状拓扑数据 (TopoDS_TShape) 的智能指针,get() 方法获取原始指针。
  • 利用 OCCT 内部可能提供的 opencascade::hashopencascade::MurmurHash::hash_combine 来计算和组合这些部分的哈希值。这是常见做法,即若对象由多个部分组成,其哈希值通常是各组成部分哈希值的某种组合。
  • 这种组合方式(先判断 aHL 是否为 0)可能是为了处理 TopLoc_Location 的默认状态或优化某些情况。

总结:

这段代码的核心是扩展 C++ 标准库的功能,使其能原生支持 TopoDS_Shape 类型的哈希操作。通过在 std 命名空间内特化 std::hash<TopoDS_Shape>,开发者就能方便地在诸如 std::unordered_map<TopoDS_Shape, MyValue>std::unordered_set<TopoDS_Shape> 这类标准容器中把 TopoDS_Shape 当作键使用,无需每次使用都手动提供自定义的哈希函数对象和相等比较函数对象(不过也得为 TopoDS_Shape 定义或特化 operator==)。这是 C++ 中让自定义类型与标准库容器交互的标准且推荐做法。

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