宋城虎，馬 靜

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所，河南 鄭州450047）

HashTable（也叫哈希表），是根據(jù)關(guān)鍵碼值（key，value）而直接進(jìn)行訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它通過把關(guān)鍵碼值映射到表中一個位置來訪問記錄，以加快查找的速度。在.NET Framework中，System.Collections命名空間提供了HashTable容器的實現(xiàn)。HashTable中key、value鍵值對均為object類型，所以HashTable可以支持任何類型的key、value鍵值對。

在工程應(yīng)用中，上位機(jī)應(yīng)用程序通常需要與多個下位機(jī)或者外圍設(shè)備進(jìn)行通信，從而實現(xiàn)對設(shè)備的控制以及設(shè)備狀態(tài)與數(shù)據(jù)的接收與處理。當(dāng)上位機(jī)通信的對象增多時，上位機(jī)編程也會隨之變得越來越復(fù)雜。

本文以C#WinForm框架下的上位機(jī)編程為例討論一種HashTable的應(yīng)用方法，該方法實現(xiàn)簡單，使用靈活方便，可大幅度簡化上位機(jī)程序開發(fā)中的一些復(fù)雜問題。

1 雙鍵哈希表

HashTable的結(jié)構(gòu)為1個key對應(yīng)1個value，這個結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中經(jīng)常顯得過于單一，如果兩個key對應(yīng)1個value那么顯然就會靈活許多，我們就可以構(gòu)建類似于“對象‘key1’的‘key2’屬性為‘value’”這樣的邏輯關(guān)系（如圖1、圖2所示）。

由于在.NET Framework中的HashTable中key、value鍵值對均為object類型，那么value本身也可以存儲另一個HashTable，因此我們可以構(gòu)建兩層哈希表來實現(xiàn)雙鍵哈希結(jié)構(gòu)，即在第一層HashTable1中通過key1存儲第二層HashTable2，在第二層HashTable2中通過key2存儲value值（如圖3所示）。

于是我們只需要定義哈希表的三個基本操作“存儲、讀取、刪除”即可實現(xiàn)雙鍵哈希表功能。其中刪除需要針對key1和key2定義兩個函數(shù)，因此總共需要定義4個函數(shù)，以下給出代碼：

1.1 存儲函數(shù)

void hash_save（Hashtable hash，object key1，object key2，object value）

{

if（hash!=null）

{

Hashtable hash1;

if（hash[key1]==null）

{

hash1=new Hashtable（）;

hash.Add（key1，hash1）;

}

else hash1=（Hashtable）（hash[key1]）;

if（hash1[key2]==null）hash1.Add（key2,value）;

else{

hash1.Remove（key2）;

hash1.Add（key2，value）;

}}}

1.2 讀取函數(shù)

object hash_Load（Hashtable hash,object key1,object key2）

{

i（fhash[key1]!=null）return（（Hashtable）（hash[key1]））[key2];

else return null;

}

1.3 清除key1

void hash_remove_key1（Hashtable hash,object key1）

{

（（Hashtable）（hash[key1]））.Clea（r）;

}

1.4 清除key2

void hash_remove_key2（Hashtable hash,object key1,object key2）

{

（（Hashtable）（hash[key1]））.Remove（key2）;

}

2 工程應(yīng)用

2.1 通信連接管理

上位機(jī)應(yīng)用程序通常需要與多個下位機(jī)或者外圍設(shè)備進(jìn)行通信，這里以udp通信為例（其他通信原理相同）。WinForm框架中有Socket類用來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，在建立一個udp通信時，我們需要實例化一個Socket對象，定義目標(biāo)IPEndPoint和本地IPEndPoint，建立監(jiān)聽線程，在監(jiān)聽線程的回調(diào)函數(shù)中編寫數(shù)據(jù)處理代碼。

當(dāng)上位機(jī)要與多個對象同時建立通信時，通常將以上過程復(fù)制多次，并用不同的變量名進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)通信對象特別多時代碼的編輯和維護(hù)就會變得非常困難，且不方便移植也不利于復(fù)用。

這里借助上文定義的雙鍵哈希表可極大程度地優(yōu)化這一過程。實現(xiàn)思路如下：

（1）給每一條通信鏈路定義一個唯一標(biāo)識Sign;

（2）以標(biāo)識Sign為key1、以參數(shù)標(biāo)識為key2對該鏈路的所有相關(guān)參數(shù)進(jìn)行注冊，存儲在哈希表中，例如給名為“sign1”的連接注冊目標(biāo)IP：

hash_sav（ehash1,"sign1","目標(biāo)IP","192.168.1.10"）;

（3）定義一個主索引用來記錄所有已經(jīng)注冊的Sign，主索引依然可以使用雙鍵哈希表實現(xiàn)，例如索引中增加一個新的名為“Sign1”的連接：

int max=（int）hash_load（hash1,"udp主索引","連接總數(shù)"）+1

hash_save（hash1,"udp主索引","連接總數(shù)",max）;

hash_save（hash1,"udp主索引",max,"Sign1"）;

（4）定義udpcreate函數(shù)，該函數(shù)針對一個特定Sign，建立一條udp通信鏈路，返回初始化完畢的Socket對象。所有初始化相關(guān)參數(shù)以Sign為key在哈希表中讀取，例如讀取連接“sign1”的目標(biāo)IP：

string ip=hash_load（hash1,"sign1","目標(biāo)IP"）.ToString（）;

（5）在程序的udp初始化環(huán)節(jié)遍歷第3步中定義的主索引，調(diào)用udpcreate函數(shù)初始化所有udp連接；

（6）單獨定義每條通信的接收數(shù)據(jù)的回調(diào)函數(shù)，回調(diào)函數(shù)可以以委托結(jié)合文本宏的方式注冊在哈希表中。通信鏈路的注冊可以通過文件讀取轉(zhuǎn)移到配置文件中。

主索引操作以及udpcreate函數(shù)等通用型代碼均可封裝到一個模塊中，方便移植和復(fù)用。這樣每次開發(fā)一個新的上位機(jī)程序只需要編寫數(shù)據(jù)處理的回調(diào)函數(shù)以及根據(jù)工程需求編輯配置文件即可。

2.2 其他功能應(yīng)用

使用雙鍵哈希表可以不以變量為載體，動態(tài)地存儲和讀取任意數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)在任意對象上，這意味著它幾乎可以應(yīng)用到程序的任何地方。例如，我們可以在控件刷新時讀取控件上綁定的狀態(tài)數(shù)據(jù)來決定控件的外觀或者顯示文字，這樣我們就可以通過改變哈希值來控制控件的狀態(tài)刷新；我們還可以利用雙鍵哈希表將兩個控件關(guān)聯(lián)起來，實現(xiàn)類似于父節(jié)點和子節(jié)點這樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系等。

2.3 注意事項

由于使用雙鍵哈希表會自動創(chuàng)建許多次級HashTable，當(dāng)某個key1不再使用時，應(yīng)當(dāng)注意釋放key1對應(yīng)的資源，也就是調(diào)用上文提到的hash_remove_key1函數(shù)，避免出現(xiàn)內(nèi)存泄漏。

3 實際應(yīng)用

在某工程項目的上位機(jī)軟件開發(fā)中，與上位機(jī)通信的分機(jī)有7個，其中包含udp和串口通信。該軟件開發(fā)中大量使用了雙鍵哈希表，與以往的開發(fā)經(jīng)驗做對比極大程度地提高了開發(fā)效率，調(diào)試過程中的bug也有顯著減少，并且能夠簡單快捷地移植到其他項目開發(fā)中（如圖4、圖5所示）。

圖4 某項目上位機(jī)軟件通信調(diào)試界面

圖5 某項目通信配置文件

4 結(jié)束語

文章利用.NET Framework中的HashTable的key和value可支持任意類型值的特點，設(shè)計了一種雙鍵哈希表，可實現(xiàn)將任意類型的兩個對象作為索引存儲一個任意類型的value值。文章以WinForm框架下上位機(jī)程序開發(fā)為背景，以udp通信編程為例，詳細(xì)闡述了該技術(shù)的應(yīng)用方法與效果，對該技術(shù)在其他方面的應(yīng)用進(jìn)行了展望。該技術(shù)已在作者參與的多個工程項目中得到應(yīng)用，并得到了非常好的應(yīng)用效果。