Linux(程序设计):36---OpenSSL库之（哈希表的使用）

程序员文章站 2024-03-01 08:39:46

...

一、哈希表

在一般的数据结构如线性表和树中，记录在结构中的相对位置是与记录的关键字之间不存在确定的关系，在结构中查找记录时需进行一系列的关键字比较。这一类查找方法建立在 “比较”的基础上，查找的效率与比较次数密切相关。理想的情况是能直接找到需要的记录，因此必须在记录的存储位置和它的关键字之间建立确定的对应关系，使每个关键字和结构中一个唯一的存储位置相对应。在查找时，只需根据这个对应关系找到给定值。这种对应关系既是哈希函数，按这个思想建立的表为哈希表
哈希表存在冲突现象：不同的关键字可能得到同一哈希地址。在建造哈希表时不仅要设定一个好的哈希函数，而且要设定一种处理冲突的方法

二、OpenSSL哈希表的实现

OpenSSL也自己实现了一套哈希算法，并能存放任意形式的数据，比如配置文件的读取、内存分配中被分配内存的信息等
本文介绍OpenSSL1.1.1g版本的哈希实现，其源码位于OpenSSL源码目录的crypto/lhash目录下

Linux(程序设计):36---OpenSSL库之（哈希表的使用）

参考文档：https://www.openssl.org/docs/man1.0.2/man3/lhash.html

三、哈希表数据结构

哈希表数据结构在lhash_local.h中定义。基本的结构如下示图：

Linux(程序设计):36---OpenSSL库之（哈希表的使用）

struct lhash_node_st（单链表节点）

本结构是一个单链表的节点。其中，data用于存放数据地址，next为下一个数据地址，hash为数据哈希计算值
struct lhash_node_st {
    void *data;
    struct lhash_node_st *next;
    unsigned long hash;
};

struct lhash_st（哈希表）

其中，b指针数组用于存放所有的数据，数组中的每一个值为数据链表的头指针
comp用于存放数据比较函数地址
hash用于存放计算哈希值函数的地址
num_nodes为链表个数
num_alloc_nodes为b分配空间的大小

struct lhash_st {
    OPENSSL_LH_NODE **b;
    OPENSSL_LH_COMPFUNC comp;
    OPENSSL_LH_HASHFUNC hash;
    unsigned int num_nodes;
    unsigned int num_alloc_nodes;
    unsigned int p;
    unsigned int pmax;
    unsigned long up_load;      /* load times 256 */
    unsigned long down_load;    /* load times 256 */
    unsigned long num_items;
    unsigned long num_expands;
    unsigned long num_expand_reallocs;
    unsigned long num_contracts;
    unsigned long num_contract_reallocs;
    TSAN_QUALIFIER unsigned long num_hash_calls;
    TSAN_QUALIFIER unsigned long num_comp_calls;
    unsigned long num_insert;
    unsigned long num_replace;
    unsigned long num_delete;
    unsigned long num_no_delete;
    TSAN_QUALIFIER unsigned long num_retrieve;
    TSAN_QUALIFIER unsigned long num_retrieve_miss;
    TSAN_QUALIFIER unsigned long num_hash_comps;
    int error;
};

四、函数说明

OPENSSL_LH_new()
OPENSSL_LHASH *OPENSSL_LH_new(OPENSSL_LH_HASHFUNC h, OPENSSL_LH_COMPFUNC c);
功能：创建哈希表

参数：

输入参数h为哈希函数

c为比较函数

这两个函数都是回调函数。因为哈希表用于存放任意的数据结构，哈希表存放、查询、删除等操作都需要比较数据和进行哈希运算，而哈希表不知道用户数据如何进行比较，也不知道用户数据结构中需要对哪些关键项进行散列运算。所以，用户必须提供这两个回调函数

返回值：

成功返回OPENSSL_LHASH

失败返回NULL

OPENSSL_LH_free
void OPENSSL_LH_free(OPENSSL_LHASH *lh);
功能：释放哈希表

但是不释放表中数据的内存，需要调用下面的doall方法遍历表中数据去释放

OPENSSL_LH_delete
void *OPENSSL_LH_delete(OPENSSL_LHASH *lh, const void *data);
功能：删除哈希表中的一个数据节点

参数：

lh：哈希表

data：data为数据结构指针

返回值：

成功返回删除的该数据的地址

OPENSSL_LH_doall
void OPENSSL_LH_doall(OPENSSL_LHASH *lh, OPENSSL_LH_DOALL_FUNC func);
功能：遍历哈希表中的所有数据

参数：

lh：哈希表

func：为外部提供的回调函数，哈希表中的每个节点会依次传递给func

无返回值

OPENSSL_LH_doall_arg
void OPENSSL_LH_doall_arg(OPENSSL_LHASH *lh, OPENSSL_LH_DOALL_FUNCARG func, void *arg);
功能：处理哈希表中所有数据

参数：

lh：哈希表

func：为外部提供的回调函数，哈希表中的每个节点和参数3都会传递给该函数

arg：作为func回调函数的参数2使用

此参数类似于lh_doall 函数，只不过func是为两个参数的

OPENSSL_LH_insert
void *OPENSSL_LH_insert(OPENSSL_LHASH *lh, void *data);
功能：往哈希表中添加数据

参数：

lh：哈希表

data：为需要添加数据结构的指针地址

当表中有该数据时，会进行替换

返回值：

成功返回插入的该数据的地址

OPENSSL_LH_retrieve
void *OPENSSL_LH_retrieve(OPENSSL_LHASH *lh, const void *data);
功能：查询数据

参数：

lh：哈希表

data：要查询的数据的地址

参数2必须提供关键项(这些关键项对应于用户提供的哈希函数和比较函数)以供查询，比如SSL握手中服务端查询以前存储的SESSION时，它需要提供其中关键的几项：
SSL_SESSION *ret=NULL,data;
data.ssl_version=s->version;
data.session_id_length=len;
memcpy(data.session_id,session_id,len);
ret=(SSL_SESSION *)lh_retrieve(s->ctx->sessions,&data); 
返回值：

成功返回查找到的该数据的地址

OPENSSL_LH_num_items
unsigned long OPENSSL_LH_num_items(const OPENSSL_LHASH *lh);
功能： 获取哈希表中元素的个数

参数：返回元素的个数

OPENSSL_LH_strhash
unsigned long OPENSSL_LH_strhash(const char *c);
功能： 计算一条数据的哈希值

参数：

c：用于保存查询到的内容

参数：返回哈希值

OPENSSL_LH_stats
void OPENSSL_LH_stats(const OPENSSL_LHASH *lh, FILE *fp);
功能：打印哈希表的统计信息，此函数调用了lh_stats_bio

参数：

lh：哈希表

fp：用于保存查询到的内容

OPENSSL_LH_node_stats
void OPENSSL_LH_node_stats(const OPENSSL_LHASH *lh, FILE *fp);
功能： 将哈希表中每个链表下数据到个数输出到FILE中。

参数：

lh：哈希表

fp：用于保存查询到的内容

此函数调用了lh_node_stats_bio函数

OPENSSL_LH_node_usage_stats
void OPENSSL_LH_node_usage_stats(const OPENSSL_LHASH *lh, FILE *fp);
功能： 查看哈希表节点的使用状态

此函数调用了lh_node_usage_stats_bio函数

OPENSSL_LH_stats_bio
void OPENSSL_LH_stats_bio(const OPENSSL_LHASH *lh, BIO *out);
功能： 输出哈希表统计信息到BIO中

参数：

lh：哈希表

out：用于保存查询到的内容

OPENSSL_LH_node_stats_bio
void OPENSSL_LH_node_stats_bio(const OPENSSL_LHASH *lh, BIO *out);
功能： 将哈希表中每个链表下的数据状态输出到BIO中

参数：

lh：哈希表

out：保存输出信息

OPENSSL_LH_node_usage_stats_bio
void OPENSSL_LH_node_usage_stats_bio(const OPENSSL_LHASH *lh, BIO *out);
功能： 将哈希表的使用状态输出到BIO中

参数：

lh：哈希表

out：用于保存查询到的内容

五、编程示例1

源码链接参阅Github：https://github.com/dongyusheng/csdn-code/tree/master/openssl/hash

代码如下

//hash_test1.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/lhash.h>

#define NAME_LENGTH 32

typedef struct _Person
{
    char name[NAME_LENGTH];
    double hight;
} Person;


int personCompare(const void *arg1, const void *arg2)
{
    char *name1 = ((Person*)arg1)->name;
    char *name2 = ((Person*)arg2)->name;

    return strcmp(name1, name2);
}

void printNode(void *arg)
{
    Person *person = (Person*)arg;
    printf("name :%s, height: %f\n", person->name, person->hight);
}

int main()
{
    //1.创建哈希表
    OPENSSL_LHASH *_hash = OPENSSL_LH_new(NULL, personCompare);
    if(_hash == NULL)
    {
        printf("OPENSSL_LH_new error\n");
        return -1;
    }

    //2.向哈希表中插入三条数据
    Person person1 = {"Tom", 170.5};
    Person person2 = {"Joke", 180.5};
    Person person3 = {"Alan", 175.5};
    OPENSSL_LH_insert(_hash, &person1);
    OPENSSL_LH_insert(_hash, &person2);
    OPENSSL_LH_insert(_hash, &person3);

    //3.遍历所有的数据
    OPENSSL_LH_doall(_hash, printNode);
    printf("\n\n");

    //4.删除一条数据之后再遍历
    if(OPENSSL_LH_delete(_hash, (const void*)"Tom") == NULL)
    {
        printf("OPENSSL_LH_delete error\n");
        return -1;
    }
    OPENSSL_LH_doall(_hash, printNode);
    printf("\n\n");

    //5.查找一条数据
    void *findData = OPENSSL_LH_retrieve(_hash, "Alan");
    if(findData == NULL)
    {
        printf("OPENSSL_LH_retrieve error\n");
        return -1;
    }
    printf("find success:\n\t");
    printNode(findData);


    //6.销毁哈希表
    OPENSSL_LH_free(_hash);

    return 0;
}

编译运行结果如下所示：

gcc -o hash_test1 hash_test1.c -lssl -lcrypto

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五、编程示例2

源码链接参阅Github：https://github.com/dongyusheng/csdn-code/tree/master/openssl/hash

代码如下

//hash_test2.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <openssl/lhash.h>

unsigned long hashff(void *hf)
{
    printf("%s\n",hf);
    return 100;
}

int hashfCmp(int  *a,int  *b)
{
    return *a > *b;
    
}

void printArg(int *a,char *b)
{
    printf("doall_arg: %d  %s\n",*a,b);
}

void printValue(int *value)
{
    printf("doall: %d\n",*value);
}


int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    
    OPENSSL_LHASH *lh = OPENSSL_LH_new(NULL, NULL);
    
    int item = 1;
    OPENSSL_LH_insert(lh, &item);
    
    
    int item2 = 10;
    OPENSSL_LH_insert(lh, &item2);
    
    int item3 = 5;
    OPENSSL_LH_insert(lh, &item3);
    
    
    //因为表中已经存在数据5，如果再插入，将会替换之前的数据5
    int item4 = 5;
    int *ret=0;
    ret = OPENSSL_LH_insert(lh, &item4);
    if (*ret==item4) {
        printf("insert replace PASS\n");
    }
    
    
    int *fd = 0;
    fd = OPENSSL_LH_retrieve(lh,&item2);
    if (*fd == item2) {
        printf("find value PASS\n");
    }
    
    OPENSSL_LH_doall(lh, printValue);
    OPENSSL_LH_doall_arg(lh, printArg, "arg");
    
    
    int *delRet = 0;
    delRet = OPENSSL_LH_delete(lh, &item4);
    if (*delRet==item4) {
        printf("delete value PASS\n");
    }
    
    
    int numLen = OPENSSL_LH_num_items(lh);
    printf("len=%d\n");
    
    
    OPENSSL_LH_stats(lh, stdout);
    
    
    OPENSSL_LH_free(lh);
    
    
    
    return 0;
}

编译运行结果如下所示：

gcc -o hash_test2 hash_test2.c -lssl -lcrypto

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一、哈希表

二、OpenSSL哈希表的实现

三、哈希表数据结构

struct lhash_node_st（单链表节点）

struct lhash_st（哈希表）

四、函数说明

OPENSSL_LH_new()

OPENSSL_LH_free

OPENSSL_LH_delete

OPENSSL_LH_doall

OPENSSL_LH_doall_arg

OPENSSL_LH_insert

OPENSSL_LH_retrieve

OPENSSL_LH_num_items

OPENSSL_LH_strhash

OPENSSL_LH_stats

OPENSSL_LH_node_stats

OPENSSL_LH_node_usage_stats

OPENSSL_LH_stats_bio

OPENSSL_LH_node_stats_bio

OPENSSL_LH_node_usage_stats_bio

五、编程示例1

代码如下

五、编程示例2

代码如下

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