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queue和priority_queue及其函数

news 来源：原创 2025/5/24 16:58:24

 

目录

queue和priority_queue

priority_queue和queue的差别

queue

queue的成员函数

queue成员函数目录

front()

back()

push()

pop()

size()

swap()

emplace()

empty()

priority_queue

priority_queue的成员函数

priority_queue的成员函数目录

priority_queue的优先级设定

priority_queue的完整格式

优先级的自定义

queue和priority_queue

    queue称为队列，而priority_queue称为优先级队列，两者除了基础功能相同且都遵循先进先出的规则外，两个对队列内元素处理方式不同

    两个队列的使用都需要头文件queue 

priority_queue和queue的差别

（ 此处为引子，相关知识请查看本文章的相关知识点 ）

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
void Print1(priority_queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.top() << " ";t.pop();}cout << endl;
}
void Print2(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}
int main()
{cout << "两个都按顺序插入5,1,10,2" << endl;//设置一个队列queue<int> q2;//插入操作q2.push(5);q2.push(1);q2.push(10);q2.push(2);cout << "queue:";//上方写的打印函数Print2(q2);//设置一个优先队列priority_queue<int> q1;q1.push(5);q1.push(1);q1.push(10);q1.push(2);cout << "priority_queue:";Print1(q1);return 0;
}

运行结果：

    可以看到，即使插入的元素以及顺序相同·，输出的元素顺序却不同，这就是优先级队列和队列的差别，优先级队列按照设定的优先级进行比较排序，而队列则不做处理

queue

    queue名为队列，队列是一种容器适配器，专门设计用于在 FIFO （先进先出）中运行，其中元素插入到容器的一端并从另一端提取（ 一端入，一端出 ）
    队列作为容器适配器实现，这些适配器是使用特定容器类的封装对象作为其基础容器的类，提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素被推入特定容器的 “back”（队列尾） 并从其 “front” （队列头）弹出。

队列的图示：

 

补充知识（queue所有元素的打印）：

     队列无法像其他容器和数组一样直接访问中间任意下标的元素，只能访问到队列的头元素和队列的尾元素（ 因为没有at函数和重载运算符 [ ] ，只有 front 和 back 函数访问头和尾 ）

    所以想要访问，就需要不断出队（移除队头元素）来对队头元素进行访问

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
int main()
{queue<int> q;//push为入队，在队尾加入一个元素q.push(1);q.push(2);q.push(3);//当前队列里有1，2，3这3个元素while (!q.empty())//判断是否为空{//开始对队头的元素进行打印cout << q.front() << " ";//pop为出队，移除第一个元素q.pop();}cout << endl;//我们可以测试队列是否为空//结果判断为空cout << "当前q是否为空:" << q.empty() << endl;return 0;
}

 

     当然，上方代码存在问题，即为访问队列需要出队，这就导致了每次打印都会让队列清空，此时我们可以设置其为一个函数，并且通过拷贝的方式传给其函数，通过拷贝出来的队列进行出队打印操作将不会影响原队列

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}int main()
{queue<int> q;q.push(1);q.push(2);q.push(3);//当前队列里有1，2，3这3个元素//调用写好的打印函数Print(q);//判断为当前队列不为空cout << "当前q是否为空:" << q.empty() << endl;return 0;
}

 

     可以看到，打印后我们判断原队列是否为空是给出了0，到此我们解决了队列元素的打印问题

queue的成员函数

queue成员函数目录

  • front()：访问队列中的第一个元素
  • back()：访问队列中的最后一个元素
  • push()：在队列尾部插入新元素
  • pop()：删除队列的队头元素
  • size()：返回队列的大小
  • swap()：将容器适配器中的内容进行交换
  • emplace()：在队列尾添加新元素
  • empty()：判断队列是否为空
front()

  front()函数的作用：访问队列中的第一个元素

front()函数的格式：

  • value_type& front();
  • const value_type& front() const;

front()的代码演示将和下面的back()代码演示一起

back()

  back()函数的作用：访问队列最后一个元素

back()函数的格式：

  • value_type& back();
  • const value_type& back() const;

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}int main()
{queue<int> q;q.push(10);q.push(55);q.push(75);cout << "原队列:";Print(q);//可对其进行访问cout << "front():" << q.front() << endl;cout << "back():" << q.back() << endl;//也可对其进行修改q.back() -= q.front();Print(q);return 0;
}

运行结果：

push()

  push()函数的作用：在队列尾部插入新元素

push()函数的格式：

  • void push (const value_type& val);

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}int main()
{queue<int> q;q.push(1); Print(q);q.push(2); Print(q);q.push(3);Print(q);return 0;
}

运行结果图：

pop()

  pop()函数的作用：删除队列的队头元素

pop()函数的格式：

  • void pop();

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}int main()
{queue<int> q;q.push(1); q.push(2); q.push(3);cout << "原队列:";Print(q);q.pop();cout << "pop操作后的队列:";Print(q);q.pop();cout << "pop操作后的队列:";Print(q);return 0;
}

运行结果图：

size()

  size()函数的作用：返回队列的大小

size()函数的格式：

  • size_type size() const;

代码演示：

swap()

  swap()函数的作用：将容器适配器中的内容进行交换

swap()函数的格式:

  • void swap (queue& x) noexcept(/*see below*/);

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<int> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}int main()
{queue<int> q1, q2;q1.push(10); q1.push(20); q1.push(30);q2.push(1); q2.push(2);cout << "原q1元素:";Print(q1);cout << "原q2元素:";Print(q2);q1.swap(q2);cout << "改后q1元素:";Print(q1);cout << "改后q2元素:";Print(q2);return 0;
}

运行结果图：

emplace()

  emplace()函数作用：在队列尾添加新元素（ 和push一样 ）

emplace()函数的格式:

  • template <class... Args> void emplace (Args&&... args);

代码演示：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;void Print(queue<string> t)
{while (!t.empty()){cout << t.front() << " ";t.pop();}cout << endl;
}
int main()
{queue<string> q;q.emplace("First");q.emplace("Second");q.push("Three");cout << "队列有:";Print(q);cout << "队列大小有:" << q.size() << endl;return 0;
}

运行结果图： 

    可以看到，emplace 和 push 的插入都是一样的

empty()

  empty()函数作用：判断队列是否为空

empty()函数的格式：

  • bool empty() const;

代码演示：

  可以看到，我们在设置一个空队列后直接对其进行empty返回的是1，证明其为空队列

  随后我们插入元素后进行empty返回的是0，证明其已经不为空

priority_queue

    priority_queue称为优先级队列，优先级队列是一种容器适配器，专门设计使其第一个元素始终是它包含的元素中最大的，根据一些严格的弱排序标准

    其是一个特殊的队列，类似于堆的队列，其的特殊在于用堆的特性，对队列进行自动排序

priority_queue的成员函数

priority_queue的成员函数目录

  • top()：返回队列头元素
  • push()：在队列尾部插入新元素
  • pop()：删除队列的队头元素
  • size()：返回队列的大小
  • swap()：将容器适配器中的内容进行交换
  • emplace()：在队列尾添加新元素
  • empty()：判断队列是否为空

    priority_queue的所有函数都与普通的queue函数用法相同，只是priority_queue访问队头元素的函数改成了 top() 函数，所以不做演示

    需要注意的是，priority_queue没有类似 back() 的函数，所以无法访问队列尾的元素

priority_queue的优先级设定

    开头priority_queue和queue的差别时提到的priority_queue的优先级设定，这个设定决定了优先队列的排序方式，其默认为大堆（即从大到小），而我们也可以改变这个优先级的设定，让其按照需求进行排序

priority_queue的完整格式

priority_queue<int,vector<int>,less<int> >q;
  • 第一个参数（int）为传入数据的类型
  • 第二个参数（vector<int>）为存放的容器（需要存放在什么容器里，默认为vector）
  • 第三个参数（less<int>）为优先级的设定（默认为less<int>（大堆，大到小），还有一个已经写好的设定为greater<int>（小堆，小到大），此外还可以自己设定优先级）

    先来看下方案例，通过修改优先级，其排序的规则也进行了改变，输出结果也变得不同

优先级的自定义

    相信你可能有疑问，明明已经给了大堆和小堆优先级的规则设定可以进行替换，为何还要自己写优先级的设定呢？

    答案是当我们自定义类型且有多个参数在这类型中时，原先给的规则将不再适用

    就如我们设定一个包含两个参数的自定义类型，一个表示年龄，一个表示编号，此时原先的队列规则就不知道比较年龄来排序还是比较编号排序

   所以我们就需要自定义优先级的规则来给优先级队列进行排序

优先级定义样例：

//定义一个自定义类型node
struct node
{int x, y;//运算符重载，改变其比较大小的规则bool operator<(const node& b)const {return this->x > b.x;}
};

  代码解释：

  • bool operator<(const node& b)const 就是优先级规则的定义，可通过重载运算符的方式，来比较返回所需要比较的参数
  • const node& b 中的 b 只是引用，可随意修改
  • 除 b 可修改之外bool operator<(const node& b)const 不作修改
  • return 中间对比用的对比符可以改变，其就是决定大堆和小堆的关键因素 
  • this 为隐藏的指针

    运算符重载后就自动调用相关的优先级规则，就像下方，只需要定义相关类型的队列时便开始调用，不需要替换掉原先的规则

代码运行图（完整代码在最下方）:

  下面为小堆的排序，此时返回为 this->x > b.x

 

    上面优先级定义样例时说了，return的对比符可以改变，下面代码就改变了对比符，改变为了大堆，此时返回为 this->x < b.x

 

补充知识：

    运算符重载还可以定义在自定义类型外，只是定义在自定义类型外时，没有了隐藏的this指针，需要主动上传两个参数，如下方代码

//定义一个自定义类型node
struct node
{int x, y;
};
bool operator<(const node& a, const node& b){return a.x < b.x;
}

 

完整代码:

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;//定义一个自定义类型node
struct node
{int x, y;//运算符重载，改变其比较大小的规则//在自定义类型里进行重载bool operator<(const node& b)const {return this->x < b.x;}
};//在自定义类型外进行重载
//bool operator<(const node& a, const node& b) {
//    return a.x < b.x;
//}//打印x
void Print1(priority_queue<node> t)
{while (!t.empty()){cout << t.top().x << " ";t.pop();}cout << endl;
}
//打印y
void Print2(priority_queue<node> t)
{while (!t.empty()){cout << t.top().y << " ";t.pop();}cout << endl;
}
int main()
{priority_queue<node> q;//自定义类型的输入//可以是//q.push({ x, y });//也可以是//node temp;//temp.x=1;temp.y=10;//q.push(temp);q.push({ 1, 10 });q.push({ 3, 20 });q.push({ 2, 30 });q.push({ 8, 50 });q.push({ 5, 15 });cout << "原先输入q的x值顺序为:1 3 2 8 5" << endl;cout << "原先输入q的y值顺序为:10 20 30 50 15" << endl;cout << "q的x值:";Print1(q);//打印xcout << "q的y值:";Print2(q);//打印yreturn 0;
}

 到此，我们今天的学习就结束了，感谢观看

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