学会吊打面试官之容器终篇priority_queue
小白：大牛您好，我即将毕业需要找工作，但是我对于常用容器的特点和用法不是很清楚，能否跟我聊聊呢？
大牛：没问题，我很乐意帮助你。常用容器有 vector、list、set、map 和 priority_queue。其中，vector、list、set 和 map 是常用的基础容器，而 priority_queue 则是一个高级容器，主要用于实现优先队列。
小白：那么它们的特点和用法分别是什么呢？
大牛：vector 是一个动态数组，支持随机访问和快速插入和删除。list 是一个双向链表，支持快速插入和删除，但是不支持随机访问。set 是一个有序集合，支持快速查找和插入，但是不支持重复元素。map 是一个有序键值对集合，支持通过键快速查找值，但是不支持重复键。而 priority_queue 则是一个基于堆的优先队列，支持快速插入和获取队列中的最大元素。
小白：听起来好像很厉害的样子，可以给我一些具体的案例来帮助我理解吗？
大牛：当然可以。假设你需要实现一个程序，用于记录学生成绩，并能够根据成绩排名。你可以使用 vector 来存储学生信息，使用 sort 函数来对学生成绩进行排序。另外，如果你需
要支持快速删除学生信息，你可以使用 list 来代替 vector。
小白：那么如果我需要实现一个程序，用于统计文章中单词的出现次数，应该使用哪种容器？
大牛：你可以使用 map 来实现。把每个单词作为键，把单词出现的次数作为值。每次读取一个单词，就在 map 中增加对应单词的计数值。这样就可以统计文章中单词的出现次数了。
小白：那么 priority_queue 底层是如何实现的呢？
大牛：priority_queue 是一种用于实现优先队列的容器，它的底层实现通常是使用堆（heap）数据结构。
小白：堆？我还不太了解。
大牛：堆是一种特殊的树形数据结构，它满足两个条件：堆的根节点是堆中所有元素中的最大值或最小值；堆中任意节点的值总是大于等于（或小于等于）其子节点的值。这种满足条件的堆被称为大根堆或小根堆。
小白：我大概理解了，那么 priority_queue 底层是如何使用堆来实现的呢？
大牛：priority_queue 通常使用 STL 中的 vector 或 deque 作为底层容器，并且默认情况下是使用大根堆。在插入元素时，会将元素放在底层容器的末尾，然后进行上浮操作，将元素与其父节点比较，如果比父节点大，则将其与父节点交换位置，直到满足堆的条件为止。在弹出元素时，会将堆顶元素与底层容器的末尾元素交换位置，然后进行下沉操作，将元素与其子节点比较，如果比子节点小，则将其与子节点交换位置，直到满足堆的条件为止。
下面是一个使用 priority_queue 的示例代码：
#include
#include
using namespace std;
int main() {
priority_queue pq;
pq.push(5);
pq.push(3);
pq.push(8);
pq.push(1);
while (!pq.empty()) {
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
return 0;
}
还有这个，下面是一个使用 priority_queue 实现最小元素堆的例子：
#include
#include
#include
using namespace std;
int main() {
vector nums = { 5, 8, 2, 10, 3 };
priority_queue, greater> pq;
// 将 vector 中的元素插入 priority_queue 中
for (auto num : nums) {
pq.push(num);
}
// 从 priority_queue 中取出最小元素并打印
while (!pq.empty()) {
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
return 0;
}
在这个例子中，我们首先定义了一个 vector 存储整数，并且定义了一个 priority_queue 来存储这些整数。由于我们希望得到最小元素，我们在定义 priority_queue 时使用了 greater
小白：非常感谢您的讲解，我对常用容器的特点和用法以及 priority_queue 的底层实现有了更深入的了解。
小白：好的，我会的。不过，我还有一个问题，您能不能再讲讲 STL 中其他的常用容器？
大牛：当然可以。除了 vector、list、deque 和 priority_queue，还有很多其他的容器。比如：
- set 和 multiset：用于存储不重复的元素，并且可以按照一定规则进行排序。
- map 和 multimap：用于存储键值对，并且可以按照键进行排序。map 中的键是唯一的，而 multimap 中的键可以重复。
- unordered_set 和 unordered_multiset：与 set 和 multiset 类似，但是不保证元素的顺序，而是使用哈希表进行快速查找。
- unordered_map 和 unordered_multimap：与 map 和 multimap 类似，但是不保证元素的顺序，而是使用哈希表进行快速查找。
小白：听起来很多啊，这些容器都有什么特点和用法呢？
大牛：set 和 map 是有序的容器，使用红黑树作为底层实现。set 可以用于快速查找一个元素是否存在，map 可以用于快速查找一个键对应的值。multiset 和 multimap 可以存储重复的元素或键。这些容器的插入、查找和删除操作的时间复杂度都是 O(log n)。
unordered_set 和 unordered_map 是无序的容器，使用哈希表作为底层实现。它们的插入、查找和删除操作的时间复杂度都是 O(1)，但是在遍历容器时，元素的顺序是不确定的。如果需要存储无序的元素或键值对，并且需要快速查找，那么就可以选择使用 unordered_set 和 unordered_map。
multiset、multimap、unordered_multiset 和 unordered_multimap 的使用方法和 set、map、unordered_set 和 unordered_map 相似，只是在插入、查找和删除元素时需要注意重复元素或键的情况。
小白：哇，听起来好复杂啊。不过，我会尝试去理解和使用它们的。谢谢您的讲解。
大牛：不用谢，你可以多看看 STL 的文档和一些实际的例子，这样会更容易理解。如果有问题，随时来问我。