C++优先队列(priority_queue)

本文深入介绍了优先队列的原理及应用,优先队列是一种容器适配器,始终保持最大元素位于队列首部。文章详细解释了优先队列的底层实现机制,包括使用vector和堆算法构造的数据结构,以及如何通过push_back()、pop_back()等操作维护堆的性质。此外,还提供了priority_queue的模拟实现代码,展示了如何自定义比较函数以创建小顶堆。

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优先队列介绍:
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.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。
3.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
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

priority_queue的模拟实现:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// 仿函数, 函数对象: 重载"()"运算符
template <class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& a, const T& b)
	{
		return a > b;
	}
};
template <class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& a, const T& b)
	{
		return a < b;
	}
};
    template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = Greater<T>>
class PriortyQueue
{
public:
	void Push(const T& val)
	{
		//先把元素放到数组的最后一个位置
		_con.push_back(val);
		//向上调整,使其满足堆的性质
		shiftUp(_con.size() - 1);
	}

	//从下向上调整,随时更新parent、child
	void shiftUp(size_t child)
	{
		//定义一个仿函数对象,通过仿函数对象的比较规则对堆元素进行调整
		Compare _cmp;
		//和父节点比较大小
		size_t parent = (child - 1) / 2;
		while (child > 0)
		{
			/*if (_con[child] < _con[parent])*/
			if (_cmp(_con[child], _con[parent]))
			{
				swap(_con[child], _con[parent]);
				//更新父子节点位置
				child = parent;
				parent = (child - 1) / 2;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}
	}
	//从上向下调整,
	void shiftDown(size_t parent)
	{
		//比较
		Compare _cmp;
		size_t child = 2 * parent + 1;
		while (child < _con.size())
		{
			//如果右孩子存在,且值大于左孩子的值,取右孩子的值
			//if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] < _con[child])
			if (child + 1 < _con.size() && _cmp(_con[child + 1], _con[child]))
				child++;

			//if (_con[child] < _con[parent])
			if (_cmp(_con[child], _con[parent]))
			{
				swap(_con[child], _con[parent]);
				parent = child;
				child = 2 * parent + 1;
			}
			else
			{
				//堆的性质已经满足,结束调整
				break;
			}
		}

	}
	void Pop()
	{
		//交换根元素和最后一个叶子节点元素
		swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
		//删除最后一个元素
		_con.pop_back();
		//从根部向下调整,使其满足堆的性质
		shiftDown(0);
	}
	T& Top()
	{
		return _con[0];
	}
	bool Empty()
	{
		return _con.empty();
	}
	size_t Size()
	{
		return _con.size();
	}
public:
	Container _con;

};

int main()
{
	PriortyQueue<int, vector<int>, Greater<int>> pq;
	pq.Push(1);
	pq.Push(2);
	pq.Push(3);
	pq.Push(4);
	pq.Push(5);

	while (!pq.Empty())
	{
		cout << pq.Top() << endl;
		pq.Pop();
	}
	system("pause");
	return 0;
}
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