C++ STL priority_queue优先队列的使用方法

一、基本概念

priority_queue是优先队列，就像普通队列一样，只是队列中的第一个元素是队列中所有元素中最大的，算是C ++中的堆的一种实现，priority_queue默认是最大堆。元素可以任意的顺序插入，插入的时间复杂度为O(logn)。

创建int类型的优先级队列的语法：

priority_queue <int> pq;

二、成员方法

• push函数：在priority_queue中插入一个元素，时间复杂度为O(logn)。
• pop函数：从priority_queue中删除最上面的元素（最大元素），并将优先级队列的大小减小1。
• top函数：返回在priority_queue顶部的元素，该元素是队列中存在的最大元素。
• size函数：返回priority_queue的元素个数。
• empty函数：返回true和false，如果priority_queue为空，则返回true，否则返回false。
• swap函数：交换两个priority_queue的值。

#include  
#include  

using namespace std;

void showpq(priority_queue <int> pq)
{
	while (!pq.empty())
	{
		cout << ' ' << pq.top();
		pq.pop();
	}
	cout << '\n';
}

int main()
{
	priority_queue <int> pq1;
	pq1.push(10); // inserts 10 to pq1 , now top = 10
	pq1.push(30); // inserts 30 to pq1 , now top = 30
	pq1.push(20); // inserts 20 to pq1 , now top = 30
	pq1.push(50); // inserts 50 to pq1 , now top = 50
	pq1.push(90); // inserts 90 to pq1 , now top = 90

	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);

	cout << "\npq1.size():" << pq1.size();
	cout << "\npq1.top():" << pq1.top();


	cout << "\npq1.pop()\n";
	pq1.pop(); // remove 90 to pq1 , now top = 50
	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);

	priority_queue <int> pq2;
	pq2.push(3);
	pq2.push(5);
	pq2.push(7);
	pq2.push(9);
	cout << "The priority_queue pq2 is:";
	showpq(pq2);

	pq1.swap(pq2);
	cout << "after swap:" << endl;
	cout << "The priority_queue pq1 is:";
	showpq(pq1);
	cout << "The priority_queue pq2 is:";
	showpq(pq2);

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

The priority_queue pq1 is: 90 50 30 20 10

pq1.size():5
pq1.top():90
pq1.pop()
The priority_queue pq1 is: 50 30 20 10
The priority_queue pq2 is: 9 7 5 3
after swap:
The priority_queue pq1 is: 9 7 5 3
The priority_queue pq2 is: 50 30 20 10
请按任意键继续. . .

三、如何创建最小堆？

语法：

priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > pq;

其中，greater是STL内建的关系运算类函数对象（也就是仿函数），并且是一个二元运算符。

template<class T> bool greater<T> //大于

#include 
#include 

using namespace std;

template<typename T> void print_queue(T& q) {
	while (!q.empty()) {
		cout << q.top() << " ";
		q.pop();
	}
	cout << '\n';
}
void showpq(priority_queue <int> pq)
{
	while (!pq.empty())
	{
		cout << ' ' << pq.top();
		pq.pop();
	}
	cout << '\n';
}
int main() {
	priority_queue<int> pq1; // 最大堆

	for (int n : {1, 8, 5, 6, 3, 4, 0, 9, 7, 2})
		pq1.push(n);

	print_queue(pq1);

	priority_queue<int, vector<int>, greater<int> > pq2; // 最小堆

	for (int n : {1, 8, 5, 6, 3, 4, 0, 9, 7, 2})
		pq2.push(n);

	print_queue(pq2);

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
请按任意键继续. . .

四、自定义数据类型的优先队列用法

前面都是用的int类型的优先队列，如果是自定义数据类型，比如结构体和类，那么怎么使用优先队列呢？

有一个Person结构体，含有两个变量Age和Height，定义如下：

struct Person{ 
    int Age; 
    float Height; 
} 

在定义优先队列的时候，priority_queue pq;，程序并不知道该如何对Person这种数据类型排序，就会报错。这时就需要运算符重载或者写仿函数来定义优先级，使得优先队列知道如何存储数据。对于自定义Person类型。

• 运算符重载的方式

#include  
#include  
using namespace std;
#define ROW 5 
#define COL 2 

struct Person {
	int age;
	float height;

	// 初始化结构体变量
	Person(int age, float height)
		: age(age), height(height)
	{
	}
};
// 重载 operator<
bool operator<(const Person& p1, const Person& p2) {
	return p1.height < p2.height;
}

int main()
{
	priority_queue<Person> pq;

	float arr[ROW][COL] = { { 30, 5.5 }, { 25, 5 },
					{ 20, 6 }, { 33, 6.1 }, { 23, 5.6 } };

	for (int i = 0; i < ROW; ++i) {
		// 使用Person的构造函数生成的临时变量，压到优先队列pq中
		pq.push(Person(arr[i][0], arr[i][1]));
	}

	while (!pq.empty()) {
		Person p = pq.top();
		pq.pop();
		cout << p.age << " " << p.height << "\n";
	}
	system("pause");
	return 0;
}

• 仿函数的方式

#include  
#include  
using namespace std;
#define ROW 5 
#define COL 2 

struct Person {
	int age;
	float height;

	// 初始化结构体变量
	Person(int age, float height)
		: age(age), height(height)
	{
	}
};

// 仿函数，里面实现了Person类型的()运算符重载函数
struct CompareHeight {
	bool operator()(Person const& p1, Person const& p2)
	{
		return p1.height < p2.height; // 升序
	}
};

int main()
{
	priority_queue<Person, vector<Person>, CompareHeight> pq;
 
	float arr[ROW][COL] = { { 30, 5.5 }, { 25, 5 },
					{ 20, 6 }, { 33, 6.1 }, { 23, 5.6 } };

	for (int i = 0; i < ROW; ++i) {
		// 使用Person的构造函数生成的临时变量，压到优先队列pq中
		pq.push(Person(arr[i][0], arr[i][1]));
	}

	while (!pq.empty()) {
		Person p = pq.top();
		pq.pop();
		cout << p.age << " " << p.height << "\n";
	}
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

33 6.1
20 6
23 5.6
30 5.5
25 5
请按任意键继续. . .

五、参考文章

https://www.geeksforgeeks.org/priority-queue-in-cpp-stl/

https://en.cppreference.com/w/cpp/container/priority_queue

https://www.geeksforgeeks.org/stl-priority-queue-for-structure-or-class/