C++ priority_queue优先级队列

C++ priority_queue优先级队列(堆)

1. priority_queue的介绍和使用

1.1 queue的介绍

priority_queue的文档

priority_queue就是堆(优先级队列)，分大根堆和小根堆

1.2 queue的使用

下面就介绍priority_queue的常用接口

1.2.1 成员函数

Member functions	接口说明
empty	判断priority_queue是否为空，是空返回true，非空返回false
size	返回priority_queue中元素的个数
top	返回priority_queue堆顶元素
push	压堆，并且自动维护堆的性质(大根堆/小根堆)
pop	删除priority_queue堆顶元素
swap	交换两个priority_queue的内容

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
int main()
{priority_queue<int> heap1;	// 默认为大根堆priority_queue<int, vector<int>, less<int>>	heap2 = heap1;	// 大根堆priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> heap3;		// 小根堆heap1.push(1);heap1.push(4);heap1.push(3);heap1.push(2);heap1.push(6);heap1.push(5);while (!heap1.empty()){cout << heap1.top() << endl;heap1.pop();}heap1.swap(heap2);return 0;
}

2. priority_queue底层实现

2.1 容器适配器(配接器)

根据文档说明 priority_queue 是一种 container adaptor 即适配器

2.1.1 什么是适配器(配接器)

适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结)，该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口

C++STL中有三种适配器：

1. container adapter 两个容器 stack 、queue其实是适配器
2. iterator adapter
3. function adapter 改变仿函数的接口者

2.2 仿函数

2.2.1 仿函数的定义

仿函数(Functor)是一种行为类似函数的对象，它可以被用作函数并接受参数。在C++中，仿函数通常是重载了函数调用运算符即 () operator()() ，仿函数可以像函数一样被调用，并且可以保存状态信息。

按照操作数划分：一元仿函数、二元仿函数…

按照功能划分：算数运算、关系运算、逻辑运算

2.2.2 仿函数的结构

下面就是一个典型的一个Less的仿函数（即前面比后面Less更小）

template<class T>
strcut Less
{bool operator()(const T& x, const T& y)	// ()运算符重载{return x < y;}
}

C++的 <functional> 文件中也有内置的仿函数 less 与 greater

2.2.3 仿函数的使用

仿函数的功能类似函数指针，将仿函数作为参数传递给算法，并且满足STL对抽象性的要求(运用模板技术)。

方法一：

#include <iostream>
#include <algorithm>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> v;srand(unsigned(time(0)));for (int i = 0; i < 10; ++i){v.push_back(rand() % 100);}sort(v.begin(), v.end(), less<int>());	// 传送less<int>()的匿名对象（升序）// sort(v.begin(), v.end(), greater<int>())	（降序）for (auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;   return 0;
}

方法二：

int main()
{priority_queue<int, vector<int>, less<int>> heap;	// less<int>作为一种类型传给模板，大根堆//priority_queue<int, vector<int>, greater<int> heap;	// 小根堆heap.push(1);heap.push(4);heap.push(3);heap.push(2);heap.push(6);heap.push(5);while (!heap.empty()){cout << heap.top() << endl;heap.pop();}cout << endl;return 0;
}

2.3 模拟实现priority_queue

priority_queue.h

#pragma once#include <vector>template<class T>
struct Less
{// 重载运算符()bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}
};template<class T>
struct Greater
{bool operator()(const T& x, const T& y)	{return x > y;}
};namespace Alen
{template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>class priority_queue{public:void AdjustUp(int child){Compare com;	// 实例化仿函数的对象 int parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){//if (_con[parent] < _con[child])		// 建大堆if (com(_con[parent], _con[child])){swap(_con[child], _con[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}void AdjustDown(int parent){Compare com;size_t child = parent * 2 + 1;size_t size = _con.size();while (child < size){// 找出比较大的孩子if (child + 1 < size && _con[child] < _con[child + 1]){++child;}//if (_con[parent] < _con[child])if (com(_con[parent], _con[child])){swap(_con[child], _con[parent]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}}void push(const T& x){_con.push_back(x);AdjustUp(_con.size() - 1);}void pop(){swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();AdjustDown(0);}const T& top(){return _con[0];}size_t size() const{return _con.size();}bool empty() const{return _con.empty();}private:Container _con;};
}

这就是利用适配器的思想，调用已有的容器接口来完成客户期望的接口，并且采用引入了仿函数的用法，将大小根堆变化更加自由灵活，不需要更改原代码或者拷贝另一份。