C++优先级队列priority_queue详解及其模拟实现
文章目录
- 前言
- 一、priority_queue的介绍和使用
-
- 1、priority_queue的介绍
- 2、priority_queue的使用
- 二、priority_queue模拟实现
前言
在优先队列中，优先级高的元素先出队列，并非按照先进先出的要求，类似一个堆(heap)。其模板声明带有三个参数，priority_queue
一、priority_queue的介绍和使用
1、priority_queue的介绍
优先级队列文档
- 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。
- 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)。
- 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。
- 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 |
- 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。
- 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。
2、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() | 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 |
用法：
- 默认情况下，priority_queue是大堆。
#include - 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。
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;
}
二、priority_queue模拟实现
通过对priority_queue的底层结构就是堆，因此此处只需对对进行通用的封装即可。
priority_queue.h
namespace my_priority_queue
{
//优先级队列
//小于
template<class T>
struct less
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
//大于
template<class T>
struct greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template<class T, class Container = std::vector<int>, class Compare = less<T>>
class priority_queue
{
private:
//大堆 < 小堆 >
void AdjustUp(int child)
{
Compare comFunc;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
//if (_con[patent] < _con[child])
if (comFunc(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
{
break;
}
}
}
void AdjustDown(int parent)
{
Compare comFunc;
int child = parent * 2 + 1;//默认左孩子
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && comFunc(_con[child], _con[child + 1]))
{
++child;
}
if (comFunc(_con[parent], _con[child]))
{
std::swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
public:
priority_queue(const Compare& comFunc = Compare())
:_comFunc(comFunc)
{}
template <class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comFunc = Compare())
: _comFunc(comFunc)
{
while (first != last)
{
_con.push_back(*first);
++first;
}
//建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
{
AdjustDown(i);
}
}
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
AdjustUp(_con.size() - 1);
}
void pop()
{
assert(!_con.empty());
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
Compare _comFunc;
};
}