STL容器适配器：priority_queue的简介与使用

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，priority_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。
7. 使用priority_queue必须加上头文件#include和using namespace std;

priority_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。

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

默认情况下，priority_queue是大堆
注意有坑：在建大堆时，第三个模板参数是 less , 在建小堆时，第三个模板参数是 greater, STL刚好写反。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
     
	//默认情况下建大堆
	//priority_queue, less> pq1;
	priority_queue<int> pq1;
	pq1.push(1);
	pq1.push(2);
	pq1.push(3);
	pq1.push(4);

	while (!pq1.empty())
	{
     
		cout << pq1.top() << " ";
		pq1.pop();
	}
	cout << endl;

	//显示定义建小堆，用greater
	priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq2;
	pq2.push(1);
	pq2.push(2);
	pq2.push(3);
	pq2.push(4);

	while (!pq2.empty())
	{
     
		cout << pq2.top() << " ";
		pq2.pop();
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供 > 或者 < 的重载

#include 
#include 
using namespace std;

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& out, const Date& d)
	{
     
		out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return out;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

void TestPriorityQueue()
{
     
	// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
	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;

	// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
	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;
}


int main()
{
     
	TestPriorityQueue();
	return 0;
}

priority_queue的模拟实现

#include 
#include 
using namespace std;

namespace MakePriority_Queue
{
     
	template<class T>
	struct less
	{
     
		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;
		}
	};

	template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T>>
	class priority_queue
	{
     
	public:
		void push(const T& val)
		{
     
			_con.push_back(val);
			//向上调整
			AdJustUp(_con.size() - 1);
		}

		void pop()
		{
     
			std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			//向下调整
			AdJustDown(0);
		}

		T& top()
		{
     
			return _con[0];
		}

		const T& top() const
		{
     
			return _con[0];
		}

		bool empty() const
		{
     
			return _con.empty();
		}
	private:
		void AdJustUp(size_t child)
		{
     
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
     
				//if (_con[child] > _con[parent])
				if(_com(_con[parent], _con[child]))
				{
     
					std::swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
     
					break;
				}
			}
		}

		void AdJustDown(size_t parent)
		{
     
			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
     
				//if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
				if(child + 1 < _con.size() && _com(_con[child], _con[child + 1]))
				{
     
					++child;
				}

				//if (_con[child] > _con[parent])
				if(_com(_con[parent], _con[child]))
				{
     
					std::swap(_con[child], _con[parent]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
     
					break;
				}
			}
		}
	private:
		Container _con;
		Compare _com;
	};
}