33.STL中的priority_queue的实现
33.STL中的priority_queue的实现
1.priority_queue的介绍
1.优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
2.此上下文类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素 (优先队列中位于顶部的元素)。
3.优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定容器类封装作为其底层容器类，queue 提供一组特定的成员函数来访问其元素。元素从特定容器的 “ 尾部 ” 弹出，其称为优先队列的顶部。
4.底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。容器应该可以通过随机访问迭代器访问，并支持以下操作：
➡ empty()：检测容器是否为空。
➡ size()：返回容器中有效元素个数。
➡ front()：返回容器中第一个元素的引用。
➡ push_back()：在容器尾部插入元素。
➡ pop_back()：删除容器尾部元素。
5.标准容器类 vector 和 deque 满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的 priority_queue 类实例化指定容器类，则使用 vector。
6.需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。容器适配器通过在需要时自动调用算法函数 make_heap、push_heap 和pop_heap 来自动完成此操作。
注意这里的优先级队列不符合队列的先进先出特性，它的 push 没有要求，pop/top 是取优先级最高的，优先级指的是大小，这里默认是大的优先级高，如果要让小的优先级高，就需要仿函数来控制。但要注意并不一定是大的优先级高，小的优先级低，因为对于用数字来评分 (大的高) 是一种场景，对于用字母来评分 (小的高) 又是一种场景。
1.1priority_queue的使用
优先级队列默认使用 vector 作为其底层存储数据的容器，在 vector 上又使用了堆算法将 vector 中元素构造成堆的结构，因此 priority_queue 就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用 priority_queue。注意：默认情况下 priority_queue 是大堆。
#include<iostream>
#include<queue>
#include<functional> //greater的头
using namespace std;
void test_priority_queue()
{
//priority_queue<int> pq;//默认是大堆,大的优先级高
priority_queue<int,vector<int>, greater<int>> pq;//默认是小堆,小的优先级高。控制大小堆的是第3个参数,你要传第3个参数,必须先传第2个参数,因为它也是缺省的
pq.push(1);
pq.push(10);
pq.push(11);
pq.push(3);
pq.push(5);
pq.push(8);
while(!pq.empty())
{
//取堆顶的数据
cout << pq.top() << " ";
//出堆顶(与最后元素交换,再删除它),向下调整
pq.pop();
}
cout << endl;
}
int main()
{
test_priority_queue();
return 0;
}
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| priority_queue()/priority_queue(first,last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty() | 检测优先级队列是否为空，是返回 true，否则返回 false |
| top() | 返回优先级队列中最大 (最小) 元素，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素 x |
| pop() | 删除优先级队列中最大 (最小) 元素，即堆顶元素 |
1.2priority_queue的模拟实现
💨PriorityQueue.h
#pragma once
#include<vector>
#include<list>
#include<iostream>
using namespace std;
namespace bit
{
//仿函数/函数对象——自定义类型,类型的对象可以像函数一样使用
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template<class T>
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
//模板参数->类型
//函数参数->对象
//less->大堆 greater->小堆,默认是Less
template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>
class priority_queue
{
public:
priority_queue()
{}
template<class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)//可以传任意类型的迭代器
{
//插入数据
while(first != last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//建堆
for(int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
{
AdjustDown(i);
}
}
void AdjustUp(size_t child)
{
Compare com;
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
//if (_con[parent] < _con[child])
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else//父亲>=孩子
{
break;
}
}
}
void AdjustDown(size_t parent)
{
Compare com;
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
//if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
{
++child;
}
//if (_con[parent] < _con[child])
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
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() const
{
return _con[0];
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Container _con;//构造析构等可以不写,因为这是自定义类型
};
void test_priority_queue()
{
//priority_queue<int> pq;
priority_queue<int, vector<int>, Greater<int>> pq;
pq.push(1);
pq.push(10);
pq.push(11);
pq.push(3);
pq.push(5);
pq.push(8);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
list<int> lt = { 2, 5, 1, 3, 4 };
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq1(lt.begin(), lt.end());
while (!pq1.empty())
{
cout << pq1.top() << " ";
pq1.pop();
}
cout << endl;
}
}
参考：[【C++初阶：STL —— stack and queue】stack/queue的介绍及使用 | stack/queue/priority_queue的深度剖析及模拟实现 | 适配器模式 | 仿函数](
