【C++】STL优先级队列（priority_queue）功能介绍以及模拟实现

前言

点进来的小伙伴不知道学过数据结构里的堆没有，如果学过的话，那就好说了，优先级队列就是堆，如果没学过，没关系，可以参考一下我之前写的一篇关于堆的博客，可以点进去看看：【数据结构】堆（包含堆排序和TOPK问题）

那么了解过堆了的话，我就不讲那么细致了，就把STL中给的接口说一遍，然后模拟实现一下，再说一下适配器就好了。

正式开始

还是cpluplus这个网站：queue

priority_queue 基本介绍

priority_queue就是优先级队列。其头文件就是queue，但是队列和优先级队列关系不大，两个是不同的数据结构。但二者都是适配器，容器适配器。

关于适配器和仿函数会在最后的时候讲。

先说基本的。

根据优先级队列的名字就可以知道其存放的数据是有优先级的。
里面就下面这几个函数：

而且常用的就empty, size, top, push, pop。

意思就不讲了，看过我前面string、vector、list、栈和队列的话，肯定是知道这些函数是干啥的。

我就直接演示一下就好：

用法几乎是与栈和队列一样。
但是这里是打印结果排好序了，降序。

所以，优先级队列默认情况下是大的优先。打印升序等会讲。

优先级队列的适配器

看其第二个模板参数：class Container = vector
这就是容器适配器。

看过前一篇栈和队列的话估计你就懂什么意思了，如果不懂适配器是啥，可以看看：STL栈和队列

我们可以将其底层的容器改为其他的容器，像我们上一篇讲的deque就可以：

list是不行的，至于什么行什么不行在模拟实现的时候再说。

第三个模板参数compare

其实前面几篇中用到算法库中的sort时已经见过了，但是当时并不知道其底层是啥样的，那么这篇就能了解一下了，但这里就还是先说咋用，最后模拟实现的时候再说底层。

跟sort用法很像，sort第三个参数传的是一个对象，比如说给sort传greater()就是降序，而这里传的是类型，比如说传greater就是小堆。可以看到，模板参数缺省值为less，可能有的同学不知道value_type是啥，其实就是我们日常放在容器中的元素类型，就是那个T，T可以为int、char什么的都行。所以我们默认情况下参数 Container 就是less的类型，那么就是大堆。

给个例子：

这样就变成了小堆，每次取堆顶的值就是最小值。

这里要记住：
传greater时是小堆。
传less时是大堆。

这样基本用法就算讲好了，不要说这点怎么够，就几个函数，没什么好讲的，重点在后面。

带大家来做一道题。
题目链接：数组中的第K个最大元素

题目中有要求，必须设计时间复杂度为O(N)的算法。

那么想到排序的同学就另寻他路吧。

这道题就可以用到优先级队列，就是堆。
先把堆建好，然后pop k-1次后的堆顶就是第k大的元素。

代码如下：

class Solution {
public:
int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
    priority_queue<int> poq(nums.begin(), nums.end());

    while(--k)
        poq.pop()；

    return poq.top();
}
};

然后就是最重要的模拟实现了。

模拟实现priority_queue

学过堆的同学应该都知道，堆的实现的核心无非就是向上调整和向下调整。

而堆虽然逻辑结构上是二叉树，但是实际物理结构就是数组。我们用C++写，默认容器就是vector，因为随机访问数据的次数比较多。我们很多地方就可以直接复用vector中的函数接口，所以就需要自己动手写两个，一个是向上调整，一个是向下调整。

先把基本的给出：

push和pop要用到向上调整和向下调整：

记得这两个要设置为私有。

然后把基本的接口给出：

测试一下：

上面基本功能的是实现了，但是还是有点问题的，就是如何控制大小堆？
不能说别人用的时候还要把代码改一下才行，这样实现出来的东西也太拉垮了，能不能像库中那样，再搞一个模板参数，传一个仿函数来实现大小堆的控制。

肯定是可以的，但那么先说一下仿函数是什么。

仿函数

很简单，不要被名字吓到。

就是一个类，里面重载了()运算符。

看：

这就是那个less。非常的简单。

用一下：

第一个ls(1, 2)乍一看就像是函数调用，但实际上就是类对象调用了operator()。

可能看起来不是很熟悉，看这个：

这个看起来就相对熟悉一点了，sort里传参就是红色框出来的匿名对象。

再来个greater：

测试：

这就是仿函数，用类来重载（）来实现。调用的时候就像函数一样，我们C语言阶段学过qsort，传比较的那个参数的时候要传函数指针，但是函数指针太麻烦了，所以C++为了不再用函数指针，就搞了仿函数。

那么此时我们就可以搞第三个模板参数了。

传的是类型。
然后把我们向上调整和向下调整中的代码改一改：

上面的priority_queue、less、greater都是在一个命名空间FangZhang中的，所以除了vector是复用的，剩下的都是手写的，less和greater就是刚写出来的那两个，就可以直接用了。

测试一下：

完全是可以用的。
再用一下库中的：

也是可以的。

再来强调一点。

假如说一个对象vector v，我们用sort时，传参是sort(v.begin(), v.end(), less())
而这堆这是定义对象传模板参数priority_queue, less>
前者是传匿名对象，后者是传类型。是不一样的。不要搞混。

差不多完了。
前面栈和队列还有这个优先级队列都是容器适配器，就是可以改变其底层所使用的容器，从而能够用不同的容器来实现其底层的函数接口。

下一篇讲迭代器适配器。

到此结束。。。