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编译时字符串哈希化

c++metaprogrammingc++11hash
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我在几个不同的地方读到，使用C++11的新字符串字面值可能可以在编译时计算字符串的哈希值。然而，似乎没有人愿意明确表示这是可能的或如何实现。

  • 这是否可行？
  • 运算符会是什么样子？

我对像这样的用例特别感兴趣。

void foo( const std::string& value )
{
   switch( std::hash(value) )
   {
      case "one"_hash: one(); break;
      case "two"_hash: two(); break;
      /*many more cases*/
      default: other(); break;
   }
}

注意：编译时哈希函数不一定要像我写的那样。我尽力猜测最终解决方案会是什么样子，但 meta_hash<"string"_meta>::value 也可以是一个可行的解决方案。

我似乎也找不到任何东西，但我可以理解将哈希函数强制转换为constexpr的必要性。 - luke
4
是否有编译器已经支持用户自定义字面量？GCC不支持（http://gcc.gnu.org/projects/cxx0x.html），我也没有看到VC10提到它们。如果没有编译器支持，只能猜测，但模板化的用户自定义字面量*看起来*应该是可能的。 提示:
  • 对原文中的技术术语进行翻译，如 "user-defined literals" 翻译为 "用户自定义字面量"。
  • 不要添加解释或额外的信息，如可选项或建议。
 - Georg Fritzsche
1
这很可爱但没用吗？如果开关的值是运行时字符串，您还需要检查冲突。也许打包更好（我的答案有一个打包函数来将9个字符装入64位）。 - u0b34a0f6ae
为什么要检查碰撞？ - cubuspl42
如果两个case值相等，编译器应该报错。 - Mark Storer
编译器会为您找到冲突。如果您放置了两个相同的case表达式，编译器会抛出错误。该过程变为：1）在编译时哈希上切换2）与字符串进行比较。 - Joshua Hyatt
12个回答
2
我仍然缺少一个crc32字面量变体（这是不可能使用模板的），因此这是基于CygnusX1的建议。进行了一些测试，请随时提供反馈。
在MSVC上测试。
PS：我讨厌在其他地方搜索额外的东西，所以我将CRC表复制到了我的答案底部。
#include <inttypes.h>

namespace detail
{
    // CRC32 Table (zlib polynomial)
    static constexpr uint32_t crc_table[256] =
    {
        0x00000000L, 0x77073096L, 0xee0e612cL, 0x990951baL, 0x076dc419L,
        ...
    };

    constexpr uint32_t combine_crc32( const char c, uint32_t part )
    {
        return (part >> 8) ^ crc_table[(part ^ c) & 0x000000FF];
    }

    constexpr uint32_t crc32( const char * str, size_t idx )
    {
        return combine_crc32( str[idx], idx ? crc32( str, idx - 1 ) : 0xFFFFFFFF );
    }
} //namespace detail

constexpr uint32_t ctcrc32( const char* str, size_t len )
{
    return detail::crc32( str, len ) ^ 0xFFFFFFFF;
}

size_t constexpr operator "" _hash( const char* str, size_t len )
{
    return ctcrc32( str, len );
}

来自Dan Bernstein (djb2)的算法替代方案（结合了Jerry Coffin和Georg Fritzsche的答案）。
unsigned constexpr const_hash( char const *input )
{
    return *input ?
        static_cast<unsigned int>(*input) + 33 * const_hash( input + 1 ) :
        5381;
}
size_t constexpr operator "" _hash( const char* str, size_t len )
{
    return const_hash( str );
}

Crc32表：
static constexpr uint32_t crc_table[256] =
    {
        0x00000000L, 0x77073096L, 0xee0e612cL, 0x990951baL, 0x076dc419L,
        0x706af48fL, 0xe963a535L, 0x9e6495a3L, 0x0edb8832L, 0x79dcb8a4L,
        0xe0d5e91eL, 0x97d2d988L, 0x09b64c2bL, 0x7eb17cbdL, 0xe7b82d07L,
        0x90bf1d91L, 0x1db71064L, 0x6ab020f2L, 0xf3b97148L, 0x84be41deL,
        0x1adad47dL, 0x6ddde4ebL, 0xf4d4b551L, 0x83d385c7L, 0x136c9856L,
        0x646ba8c0L, 0xfd62f97aL, 0x8a65c9ecL, 0x14015c4fL, 0x63066cd9L,
        0xfa0f3d63L, 0x8d080df5L, 0x3b6e20c8L, 0x4c69105eL, 0xd56041e4L,
        0xa2677172L, 0x3c03e4d1L, 0x4b04d447L, 0xd20d85fdL, 0xa50ab56bL,
        0x35b5a8faL, 0x42b2986cL, 0xdbbbc9d6L, 0xacbcf940L, 0x32d86ce3L,
        0x45df5c75L, 0xdcd60dcfL, 0xabd13d59L, 0x26d930acL, 0x51de003aL,
        0xc8d75180L, 0xbfd06116L, 0x21b4f4b5L, 0x56b3c423L, 0xcfba9599L,
        0xb8bda50fL, 0x2802b89eL, 0x5f058808L, 0xc60cd9b2L, 0xb10be924L,
        0x2f6f7c87L, 0x58684c11L, 0xc1611dabL, 0xb6662d3dL, 0x76dc4190L,
        0x01db7106L, 0x98d220bcL, 0xefd5102aL, 0x71b18589L, 0x06b6b51fL,
        0x9fbfe4a5L, 0xe8b8d433L, 0x7807c9a2L, 0x0f00f934L, 0x9609a88eL,
        0xe10e9818L, 0x7f6a0dbbL, 0x086d3d2dL, 0x91646c97L, 0xe6635c01L,
        0x6b6b51f4L, 0x1c6c6162L, 0x856530d8L, 0xf262004eL, 0x6c0695edL,
        0x1b01a57bL, 0x8208f4c1L, 0xf50fc457L, 0x65b0d9c6L, 0x12b7e950L,
        0x8bbeb8eaL, 0xfcb9887cL, 0x62dd1ddfL, 0x15da2d49L, 0x8cd37cf3L,
        0xfbd44c65L, 0x4db26158L, 0x3ab551ceL, 0xa3bc0074L, 0xd4bb30e2L,
        0x4adfa541L, 0x3dd895d7L, 0xa4d1c46dL, 0xd3d6f4fbL, 0x4369e96aL,
        0x346ed9fcL, 0xad678846L, 0xda60b8d0L, 0x44042d73L, 0x33031de5L,
        0xaa0a4c5fL, 0xdd0d7cc9L, 0x5005713cL, 0x270241aaL, 0xbe0b1010L,
        0xc90c2086L, 0x5768b525L, 0x206f85b3L, 0xb966d409L, 0xce61e49fL,
        0x5edef90eL, 0x29d9c998L, 0xb0d09822L, 0xc7d7a8b4L, 0x59b33d17L,
        0x2eb40d81L, 0xb7bd5c3bL, 0xc0ba6cadL, 0xedb88320L, 0x9abfb3b6L,
        0x03b6e20cL, 0x74b1d29aL, 0xead54739L, 0x9dd277afL, 0x04db2615L,
        0x73dc1683L, 0xe3630b12L, 0x94643b84L, 0x0d6d6a3eL, 0x7a6a5aa8L,
        0xe40ecf0bL, 0x9309ff9dL, 0x0a00ae27L, 0x7d079eb1L, 0xf00f9344L,
        0x8708a3d2L, 0x1e01f268L, 0x6906c2feL, 0xf762575dL, 0x806567cbL,
        0x196c3671L, 0x6e6b06e7L, 0xfed41b76L, 0x89d32be0L, 0x10da7a5aL,
        0x67dd4accL, 0xf9b9df6fL, 0x8ebeeff9L, 0x17b7be43L, 0x60b08ed5L,
        0xd6d6a3e8L, 0xa1d1937eL, 0x38d8c2c4L, 0x4fdff252L, 0xd1bb67f1L,
        0xa6bc5767L, 0x3fb506ddL, 0x48b2364bL, 0xd80d2bdaL, 0xaf0a1b4cL,
        0x36034af6L, 0x41047a60L, 0xdf60efc3L, 0xa867df55L, 0x316e8eefL,
        0x4669be79L, 0xcb61b38cL, 0xbc66831aL, 0x256fd2a0L, 0x5268e236L,
        0xcc0c7795L, 0xbb0b4703L, 0x220216b9L, 0x5505262fL, 0xc5ba3bbeL,
        0xb2bd0b28L, 0x2bb45a92L, 0x5cb36a04L, 0xc2d7ffa7L, 0xb5d0cf31L,
        0x2cd99e8bL, 0x5bdeae1dL, 0x9b64c2b0L, 0xec63f226L, 0x756aa39cL,
        0x026d930aL, 0x9c0906a9L, 0xeb0e363fL, 0x72076785L, 0x05005713L,
        0x95bf4a82L, 0xe2b87a14L, 0x7bb12baeL, 0x0cb61b38L, 0x92d28e9bL,
        0xe5d5be0dL, 0x7cdcefb7L, 0x0bdbdf21L, 0x86d3d2d4L, 0xf1d4e242L,
        0x68ddb3f8L, 0x1fda836eL, 0x81be16cdL, 0xf6b9265bL, 0x6fb077e1L,
        0x18b74777L, 0x88085ae6L, 0xff0f6a70L, 0x66063bcaL, 0x11010b5cL,
        0x8f659effL, 0xf862ae69L, 0x616bffd3L, 0x166ccf45L, 0xa00ae278L,
        0xd70dd2eeL, 0x4e048354L, 0x3903b3c2L, 0xa7672661L, 0xd06016f7L,
        0x4969474dL, 0x3e6e77dbL, 0xaed16a4aL, 0xd9d65adcL, 0x40df0b66L,
        0x37d83bf0L, 0xa9bcae53L, 0xdebb9ec5L, 0x47b2cf7fL, 0x30b5ffe9L,
        0xbdbdf21cL, 0xcabac28aL, 0x53b39330L, 0x24b4a3a6L, 0xbad03605L,
        0xcdd70693L, 0x54de5729L, 0x23d967bfL, 0xb3667a2eL, 0xc4614ab8L,
        0x5d681b02L, 0x2a6f2b94L, 0xb40bbe37L, 0xc30c8ea1L, 0x5a05df1bL,
        0x2d02ef8dL
    };
0
基于Jerry Coffin的方法和Georg Fritzsche的方法 我使用了以下代码，但没有constexpr auto const_tmp = NGX_EM_HASH("authorization");:
template <size_t N> constexpr size_t string_literal_length(const char(&str)[N]) { return N - 1; }

// https://dev59.com/5XI95IYBdhLWcg3w3yFU#66690839
// "cookie"_hash = ngx_hash(ngx_hash(ngx_hash(ngx_hash(ngx_hash('c', 'o'), 'o'), 'k'), 'i'), 'e');
// See also `ngx_uint_t ngx_hash_key(u_char *data, size_t len)` in nginx\src\core\ngx_hash.c
#if 0
template<ngx_uint_t sum, char ch, char... str> struct ngx_em_hasher {
    static const ngx_uint_t result = ngx_em_hasher<ngx_hash(sum, u_char(ch)), str...>::result;
};
template<ngx_uint_t sum, char ch> struct ngx_em_hasher {
    static const ngx_uint_t result = ngx_hash(sum, u_char(ch));
};
template<char... str> constexpr
ngx_uint_t operator "" _hash() { return ngx_em_hasher<0, str>::result; }

// update: probably wrong, because the above form is not allowed for string-literals:    
// const unsigned h = "abcd"_hash;
#elif defined(_MSC_VER2)
// reducer function: the previous calculation result must be passed to the next iteration
static constexpr ngx_uint_t ngx_em_hash(const char* const psz, ngx_uint_t sum = 0) {
    return *psz ? ngx_em_hash(psz + 1, ngx_hash(sum, u_char(*psz))) : sum;
}
constexpr ngx_uint_t operator "" _hash(const char* s, size_t) { return ngx_em_hash(s); }
// #define NGX_EM_HASH(str) ngx_em_hash(str)

#define NGX_EM_X(x) x
// constexpr auto const_hash = NGX_EM_HASH("authorization");
// hdr->hash = const_hash;
#define NGX_EM_HASH(string_literals) ngx_em_const<NGX_EM_X(string_literals)_hash>::value

#else
template<size_t idx> constexpr ngx_uint_t ngx_em_hash(const char* const psz, ngx_uint_t sum = 0) {
    return ngx_em_hash<idx - 1>(psz + 1, ngx_hash(sum, u_char(*psz)));
}
// This is the stop-recursion function
template<> constexpr ngx_uint_t ngx_em_hash<0>(const char* const psz, ngx_uint_t sum) {
    return sum;
}
// This doesn't take into account the nul char.
#define COMPILE_TIME_NGX_HASH(x) ngx_em_hash<sizeof(x) - 1>(x)
// Regardless of what Optimize Options of the compiler?
// https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Optimize-Options.html
// https://learn.microsoft.com/en-us/cpp/build/reference/o-options-optimize-code?view=msvc-160
#define NGX_EM_HASH(x) ngx_em_const<ngx_em_hash<sizeof(x) - 1>(x)>::value
#endif

void snippet(ngx_table_elt_t *hdr) {
    ngx_str_set(&hdr->key, "Authorization");
    hdr->lowcase_key = (u_char *) "authorization";
    //constexpr auto const_tmp = NGX_EM_HASH("authorization");
    //hdr->hash = const_tmp;
    hdr->hash = NGX_EM_HASH("authorization");
    sr->headers_in.authorization = hdr;
}

然后它的反汇编结果看起来像这样（使用VS2017 v15.9.27）：

                ;hdr->hash = NGX_EM_HASH("authorization");
00007FFD36B8B7DE  mov         rax,qword ptr [rbp+4D8h]  
00007FFD36B8B7E5  mov         rcx,4EEC63AFAD69E079h     ; Decimal=5687030035641917561 __int64
00007FFD36B8B7EF  mov         qword ptr [rax],rcx

但是，如果使用#define NGX_EM_HASH(string_literals) NGX_EM_X(string_literals)_hash，它的反汇编结果看起来像这样：
                ;hdr->hash = NGX_EM_HASH("authorization");
00007FFD337FFE93  lea         rcx,[string "authorization" (07FFD33885ED0h)]  
00007FFD337FFE9A  call        operator "" _hash (07FFD336B78ECh)  
00007FFD337FFE9F  mov         rcx,qword ptr [rbp+4D8h]  
00007FFD337FFEA6  mov         qword ptr [rcx],rax

Visual Studio 2017 - Disassembly of ngx_hash in Debug mode

在线

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