为什么std::hash是一个结构而不是一个函数？

Question

标准库使用模板结构实现std::hash，并对不同类型进行专门化。 使用方法如下：

#include <iostream>
#include <functional>

int main()
{
    std::hash<int> hasher;
    std::cout << hasher(1337) << std::endl;

    return 0;
}

我的问题是，这个设计选择的原因是什么。为什么它不能作为一个模板函数实现，并像这样使用：

#include <iostream>
#include <functional>

int main()
{
    std::cout << std::hash<int>(1337) << std::endl;

    return 0;
}

- Scintillo

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这两个例子完全相同，唯一的区别在于第二个示例中对象未命名。 - user2485710

无序关联容器有一个模板类型参数来指定哈希函数；这允许使用具有状态的哈希对象（例如，使用在哈希函数上异或的特殊值）。获取函数模板特化的类型没有很好的语法。 - dyp

@user2485710 第一个例子可以编译通过，第二个则不行。第二个需要写成std::hash<int>()(1337)来使用未命名的临时结构体。 - user743382

Answer 1

有多个原因可以解释这个选择，每一个都足够好:

1. 您可以部分特化类模板，但只能完全专门化函数模板（至少目前是这样）。因此，使用类模板的 std::hash<T> 可以为整个相关模板参数组提供替代。请注意，部分重载并不能帮助，因为散列函数需要以某种方式指定为对象，而无法使用重载的函数来完成这一点（除非它们通过对象访问，但这就是不同之处）。
2. 无序关联容器是使用静态实体（如果特定类型支持也可以动态自定义）进行参数化的，这可以更轻松地使用类模板实现。
3. 由于用于散列函数的实体是可自定义的，因此选择在类型和函数指针之间。函数指针通常很难内联，而类型的内联成员函数则非常容易内联，对于计算简单哈希等简单函数的性能有很大提升。

- Dietmar Kühl

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公平地说，默认哈希可以调用一个函数，然后尝试调用“.hash()”方法来处理不支持的类型，这将允许实现上述所有内容，包括允许ADL哈希（这比强制使用std注入更好），并且允许对象自行进行哈希（如果需要的话）。但是这违反了KISS原则，尽管它与“less”和“begin”的工作方式相匹配。 - Yakk - Adam Nevraumont

Answer 2

模板函数不能为类型进行部分特化，而std::hash作为类模板可以对不同的类型进行特化。

通过这种基于模板类的方式，您可以进行一些元编程操作，例如访问返回类型和键类型，如下所示：

std::hash<X>::argument_type
std::hash<X>::result_type

- masoud