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「STL」priority_queue詳解

作者：笨鳥先飛ftyjh
「STL」priority_queue詳解

priority_queue的介紹和使用

優先隊列是一種容器擴充卡，根據嚴格的排序标準，它的第一個元素總是它所包含的元素中最大的。

此上下文類似于堆，在堆中可以随時插入元素，并且隻能檢索最大堆元素(優先隊列中位于頂部的元素)。

優先隊列被實作為容器擴充卡，容器擴充卡即将特定容器類封裝作為其底層容器類，queue提供一組特定的成員函數來通路其元素。元素從特定容器的“尾部”彈出，其稱為優先隊列的頂部。

底層容器可以是任何标準容器類模闆，也可以是其他特定設計的容器類。容器應該可以通過随機通路疊代器通路，并支援以下操作：

empty()：檢測容器是否為空

size()：傳回容器中有效元素個數

front()：傳回容器中第一個元素的引用

push_back()：在容器尾部插入元素

pop_back()：删除容器尾部的元素

标準容器類vector和deque滿足這些需求。預設情況下，如果沒有為特定的priority_queue類執行個體化指定容器類，則使用vector。

需要支援随機通路疊代器，以便始終在内部保持穩定結構。容器擴充卡通過在需要時自動調用算法函數make_heap、push_heap和pop_heap來自動完成此操作

priority_queue的使用

優先級隊列預設使用vector作為其底層存儲資料的容器，在vector上又使用了堆算法将vector中元素構造成堆的結構，是以priority_queue就是堆，所有需要用到堆的位置，都可以考慮使用priority_queue。注意：預設情況下priority_queue是大堆。
「STL」priority_queue詳解
void test_priority_queue()
{
	//priority_queue<int> pq;  //預設是大的優先級高 預設是大堆

	priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> pq;  //小的優先級高 預設是小堆
	pq.push(1);
	pq.push(10);
	pq.push(5);
	pq.push(4);
	pq.push(3);
	pq.push(2);
	cout << pq.top() << endl;
	while (!pq.empty())
	{
		cout << pq.top() << " ";
		pq.pop();
	}
	cout << endl;
}           
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	bool operator<(const Date& d)const
	{
		return (_year < d._year) ||
			(_year == d._year && _month < d._month) ||
			(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
	}
	bool operator>(const Date& d)const
	{
		return (_year > d._year) ||
			(_year == d._year && _month > d._month) ||
			(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
	}
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
	{
		_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{
	// 大堆，需要使用者在自定義類型中提供<的重載
	priority_queue<Date> q1;
	q1.push(Date(2018, 10, 29));
	q1.push(Date(2018, 10, 28));
	q1.push(Date(2018, 10, 30));
	cout << q1.top() << endl;
	// 如果要建立小堆，需要使用者提供>的重載
	priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
	q2.push(Date(2018, 10, 29));
	q2.push(Date(2018, 10, 28));
	q2.push(Date(2018, 10, 30));
	cout << q2.top() << endl;
}

注：

  1. 預設情況下，priority_queue是大堆
  2. 如果在priority_queue中放自定義類型的資料，使用者需要在自定義類型中提供> 或者< 的重載

priority_queue的模拟實作 

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<queue>
#include<algorithm>
#include<functional>
using namespace std;
namespace lc
{ 
     //仿函數
	template<class T>
	class less
	{
	public:
		bool operator()(const T& a, const T& b)
		{
			return a < b;
		}
	};
	 //仿函數
	template<class T>
	class greater
	{
	public:
		bool operator()(const T& a, const T& b)
		{
			return a > b;
		}
	};
	template <class T,class Container=vector<T>, class Compare = less<typename Container::value_type>>
  //typename告知編譯器，typename後面的字元串為一個類型名稱，而不是成員函數或者成員變量；否編譯器無法識别
	class priority_queue
	{
	public:
		priority_queue()
		{}
		template<class InputIterator>
		priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			 //插入資料
			while (first != last)
			{
				_con.push_back(*first);
				first++;
			}
			//建堆
			for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2;i >= 0;i--)
			{
				AdjustDown(i);
			}
		}
		//堆的向上調整算法
		void AdjustUp(size_t child)
		{
			Compare com;
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				if (com(_con[parent] , _con[child]))
				{
					swap(_con[parent], _con[child]);
					child = parent;
					parent= (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
		//堆的向下調整算法
		void AdjustDown(size_t parent)
		{
			Compare com;
			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() &&  com(_con[child], _con[child+1]))
				{
					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);
		}
		const T& top()const
		{
			return _con[0];
		}
		size_t size()const
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()const
		{
			return _con.empty();
		}
		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			AdjustDown(0);
		}
	private:
		Container _con;
	};
	
	//測試
	void test_priority_queue()
	{
		priority_queue<int> pq;  //預設是大的優先級高 預設是大堆

		//priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;  //小的優先級高 預設是小堆
		pq.push(1);
		pq.push(10);
		pq.push(5);
		pq.push(4);
		pq.push(3);
		pq.push(2);
		cout << pq.top() << endl;
		while (!pq.empty())
		{
			cout << pq.top() << " ";
			pq.pop();
		}
		cout << endl;
	}

}
  • STL中的priority_queue使用的底層資料結構是vector，但是底層結構用的堆
  • priority_queue、queue、stack都是擴充卡，stack、queue初始化隻有容器中的預設構造函數初始化，而priority_queue初始化也可以用疊代器初始化

補充：

  • 在priority_queue初始化使用疊代器時，使用任何類型的疊代器都可以（該擴充卡中的初始化所需疊代器是“最低的”（Input、Output類型的疊代器實際上是不存在的））
「STL」priority_queue詳解
「STL」priority_queue詳解
「STL」priority_queue詳解

詳解C++的模闆中typename關鍵字的用法

仿函數

「STL」priority_queue詳解
  • priority_queue傳入仿函數參數時是類型，因為它是類模闆，傳入是必須顯示類型傳參
  • sort傳入仿函數參數時是對象，因為它是函數模闆，傳入是可以隐式類型傳參
「STL」priority_queue詳解

模拟實作：

//仿函數（函數對象）--自定義類型
//類型的對象可以像函數一樣去使用
template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& a, const T& b)
	{
		return a < b;
	}
};
template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& a, const T& b)
	{
		return a > b;
	}
};
int main()
{
	Less<int> l;
	cout << l(1, 2) << endl;   //1
	Greater<int> g;      
	cout << g(1, 2) << endl;   //0
 	return 0;
}

仿函數相當于一個類（自定義類型的），成員函數中重載（），此外重載（）函數裡不一定隻寫比較大小，還可以寫其他的（符合實際需求即可）

「STL」priority_queue詳解

總結：

  • 仿函數又稱函數對象是一種自定義類型（是一種類）
  • 仿函數比起一般函數具有很多優點：
  • 在同一時間裡，由某個仿函數所代表的單一函數，可能有不同的狀态（可以根據不同的類型代表不同的狀态）
  • 仿函數即使定義相同，也可能有不同的類型（可以有不同類型）
  • 仿函數使程式代碼變簡單（仿函數在一定程度上使代碼更通用，本質上簡化了代碼）
  • 仿函數比起一般函數具有缺點：
  • 仿函數通常比一般函數速度慢

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priority_queue priority prior Queue
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