【STL】priority_queue(优先级队列)详解及仿函数使用（附完整源码）

1. priority_queue介绍和使用

1.1 priority_queue介绍

优先级队列也是在里：

因此和queue一样，priority_queue也是一个容器适配器。priority_queue官方文档

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. 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，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
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。

1.2 priority_queue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。

下面我们来简单验证一下：

那如果我们想实现小堆呢，这里就要用到仿函数：

2. 仿函数介绍

仿函数是STL六大组件之一，仿函数（又称函数对象）其实就是一个类重载了()，使得这个类的使用看上去像一个函数。

template<class T>
class Less
{
    public:
    bool operator()(const T& x,const T& y)
    {
        return x < y;
    }
};

template<class T>
class Greater
{
    public:
    bool operator()(const T& x,const T& y)
    {
        return x > y;
    }
};

这就是一个函数调用。当然本质是调用了类里面的operator()。

3. priority_queue模拟实现

#include
#include
using namespace std;
template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};

template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

namespace w
{


	template<class T, class Container = vector<T>, class Comapre = less<T>>
	class priority_queue
	{
	private:
		void AdjustDown(int parent)
		{
			Comapre com;

			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child],_con[child + 1]))
				{
					++child;
				}

				if (com(_con[parent],_con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}	
		}

		void AdjustUp(int child)
		{
			Comapre com;

			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				if (com(_con[parent],_con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}


	public:
		priority_queue()
		{}

		template<class InputIterator>
		priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				_con.push_back(*first);
				++first;
			}

			// 建堆
			for (int i = (_con.size()-1-1)/2; i >= 0; i--)
			{
				AdjustDown(i);
			}
		}

		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();

			AdjustDown(0);
		}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);

			AdjustUp(_con.size() - 1);
		}

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

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}

		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
	private:
		Container _con;
	};

	void test_priority_queue1()
	{
		priority_queue<int, vector<int>, Greater<int>> pq;
		
		pq.push(3);
		pq.push(5);
		pq.push(1);
		pq.push(4);
		
		while (!pq.empty())
		{
			cout << pq.top() << " ";
			pq.pop();
		}
		cout << endl;
	}

	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);
	private:
		int _year;
		int _month;
		int _day;
	};

	ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
	{
		_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return _cout;
	}

	struct LessPDate
	{
		bool operator()(const Date* p1, const Date* p2)
		{
			return *p1 < *p2;
		}
	};


	void test_priority_queue2()
	{
		priority_queue<Date*, vector<Date*>, LessPDate> pq;
		pq.push(new Date(2023, 7, 20));
		pq.push(new Date(2023, 6, 20));
		pq.push(new Date(2023, 8, 20));

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