45 C++ STL模板库14-容器6-容器适配器-优先队列(priority_queue)

STL模板库-容器6-容器适配器-优先队列(priority_queue)

​ priority_queue 是一个容器适配器，默认基于 std::vector 实现，元素按优先级（默认最大堆）排序，定义在 <queue> 头文件中。
​ priority_queue 提供了高效的动态优先级管理，核心操作围绕堆顶元素展开，适合需要频繁插入和删除最高/最低优先级元素的场景。通过自定义容器和比较器，可灵活适配不同需求。

1. 成员类型

类型名称	描述
value_type	元素类型（模板参数 T）
container_type	底层容器类型（默认 vector<T>）
size_type	表示大小的无符号整数（如 size_t）
reference	元素的引用（如 T&）
const_reference	元素的常量引用（如 const T&）

2. 构造函数

构造函数签名	说明
priority_queue()	默认构造空队列
explicit priority_queue(const Compare& comp)	指定比较器（如 std::greater<T>）
priority_queue(const Compare& comp, Container&& c)	用底层容器初始化（可移动或拷贝）
template <class InputIt> priority_queue(InputIt first, InputIt last, ...)	通过迭代器范围构造

3. 核心成员函数

(1). 容量操作

函数签名	功能描述	时间复杂度
bool empty() const	检查队列是否为空	O(1)
size_type size() const	返回元素数量	O(1)

(2). 元素访问

函数签名	功能描述	时间复杂度
const_reference top() const	返回堆顶元素（最高优先级）	O(1)

(3). 修改操作

函数签名	功能描述	时间复杂度
void push(const T& value)	插入元素（拷贝语义）	O(log n)
void push(T&& value)	插入元素（移动语义，C++11起）	O(log n)
template <class... Args> void emplace(Args&&... args)	直接构造元素（避免拷贝）	O(log n)
void pop()	移除堆顶元素	O(log n)

(4). 交换操作

函数签名	功能描述	时间复杂度
void swap(priority_queue& other) noexcept	交换两个队列内容（C++11起）	O(1)

4. 非成员函数

函数签名	说明
void swap(priority_queue<T>& a, priority_queue<T>& b)	全局交换函数（同成员函数）

5. 底层容器与比较器

• 底层容器要求：
  必须支持 front(), push_back(), pop_back() 和随机访问迭代器（如 vector 或 deque）。

• 自定义比较器：

  // 示例：最小堆（优先级小的先出队）
  priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> minHeap;
  

6. 关键特性与注意事项

1. 无迭代器：无法直接遍历元素，只能通过 top() 和 pop() 遍历元素（会清空队列）

2. 性能特点：插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)，堆顶访问为 O(1)。

3. 默认行为：最大堆（std::less<T> 比较器）。

4. 底层容器：默认 vector，可替换为 deque（需支持随机访问和 pop_back）

5. 比较器规则：返回 true 表示 左参数优先级更低

   // 自定义比较函数示例
   auto cmp = [](int a, int b) { return a > b; };
   std::priority_queue<int, std::vector<int>, decltype(cmp)> customHeap(cmp);
   

6. 适用场景：任务调度、Dijkstra算法、Top K问题等需要动态排序的场景。

7. 完整示例

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <functional> // std::greater int main() {// ===== 1. 基础用法（默认最大堆）=====std::priority_queue<int> maxHeap; // 默认：大值优先maxHeap.push(30); maxHeap.push(10); maxHeap.emplace(50);  // 直接构造元素std::cout << "最大堆顶部: " << maxHeap.top()  << "\n"; // 50 // ===== 2. 自定义排序规则 =====// 最小堆（小值优先）std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;minHeap.push(30); minHeap.push(10); std::cout << "最小堆顶部: " << minHeap.top()  << "\n\n"; // 10 // ===== 3. 使用自定义容器初始化 ===== std::vector<int> nums{15, 25, 5};std::priority_queue<int> q(nums.begin(),  nums.end()); std::cout << "容器初始化堆顶: " << q.top()  << "\n"; // 25// ===== 4. 完整操作示例 ===== std::priority_queue<std::string> tasks;// 添加元素tasks.push(" 写报告");tasks.emplace(" 调试代码"); tasks.push(" 会议准备");// 容量查询 std::cout << "\n任务数量: " << tasks.size();  // 3std::cout << "\n是否为空: " << (tasks.empty()  ? "是" : "否") << "\n\n"; // 否// 访问并移除元素（按字典序降序）std::cout << "任务处理顺序:\n";while (!tasks.empty())  {std::cout << "正在处理: " << tasks.top()  << "\n"; // 调试代码 -> 写报告 -> 会议准备tasks.pop(); }std::cout << "剩余任务: " << tasks.size();  // 0return 0;
}

输出结果:
最大堆顶部: 50
最小堆顶部: 10

容器初始化堆顶: 25

任务数量: 3
是否为空: 否

任务处理顺序:
正在处理: 调试代码
正在处理: 写报告
正在处理: 会议准备
剩余任务: 0

• 使用方法详解
  📦 构造初始化方式
  | 方法 | 示例 | 说明 |
  |------|------|------|
  | 默认构造 | priority_queue<int> maxHeap; | 最大堆（大值优先） |
  | 自定义比较器构造 | priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> minHeap; | 最小堆（小值优先） |
  | 容器初始化 | priority_queue<int> q(vec.begin(), vec.end()); | 通过迭代器范围构造 |

⚙️ 元素操作

操作	函数	特性
添加元素	push(val) / emplace(args...)	emplace避免拷贝，效率更高
访问顶部	top()	只读操作，不改变堆结构
移除顶部	pop()	移除当前最高优先级元素
容量查询	size() / empty()	常数时间复杂度 O(1)

🔄 高级操作

// 交换两个优先队列 
std::priority_queue<int> pq1, pq2;
pq1.swap(pq2);  // 自定义数据结构排序 
struct Task {int priority;std::string name;bool operator<(const Task& t) const { return priority < t.priority; // 按优先级降序}
};
std::priority_queue<Task> taskQueue;