仿STL中的堆算法的一个实现

来源http://www.cppblog.com/converse/archive/2007/03/20/20175.html
       堆的性质之类的不再这里阐述，写这个算法只为了更好的理解STL中的堆算法，如果看不懂STL中的算法也可以来参考这里给出的算法，因为是纯C的看起来会省去很多语言方面的细节。
同时里面还有一个STL中对应算法的测试以比较两者的效果。

  /******************************************************************** created: 2007/3/18 filename: main.cpp author: Lichuang purpose: 测试模拟堆算法 *********************************************************************/ #include <algorithm> #include <iostream> #include <time.h> using namespace std; // push_heap为向堆中添加一个新的元素, 调用这个算法的前提是[First, Last)之间的元素满足堆的条件 // 新加入的元素为Last void push_heap(int* pFirst, int* pLast); // pop_heap为从堆中删除一个元素, 调用这个算法的前提是[First, Last)之间的元素满足堆的条件 // 被删除的元素被放置到Last - 1位置,由于这里是max-heap,所以被删除的元素是这个序列中最大的元素 void pop_heap(int* pFirst, int* pLast); // make_heap将序列[First, Last)中的元素按照堆的性质进行重组 void make_heap(int* pFirst, int* pLast); // 对堆进行排序, 调用这个函数可以成功排序的前提是[pFirst, pLast)中的元素符合堆的性质 void sort_heap(int* pFirst, int* pLast); // 判断一个序列[First, Last)是否满足堆的条件,是就返回1,否则返回0 char is_heap(int* pFirst, int* pLast); void test_heap_algo(int *pArray, int nLength); void test_heap_algo_in_stl(int *pArray, int nLength); void display_array(int *pArray, int nLength); int main() { srand(time(NULL)); int Array[10], Array2[10]; for(int i = 0; i < 10; ++i) Array[i] = Array2[i] = rand(); test_heap_algo(Array, sizeof(Array) / sizeof(int)); test_heap_algo_in_stl(Array2, sizeof(Array2) / sizeof(int)); return 0; } // 静态函数, 用于根据堆的性质调整堆 static void adjust_heap(int *pFirst, int nHoleIndex, int nLen, int nValue); // push_heap为向堆中添加一个新的元素, 调用这个算法的前提是[First, Last)之间的元素满足堆的条件 // 新加入的元素为Last void push_heap(int* pFirst, int* pLast) { int nTopIndex, nHoleIndex, nParentIndex; int nValue; nTopIndex = 0; nHoleIndex = (int)(pLast - pFirst - 1); nParentIndex = (nHoleIndex - 1) / 2; nValue = *(pLast - 1); // 如果需要插入的节点值比父节点大, 上溯继续查找 while (nHoleIndex > nTopIndex && pFirst[nParentIndex] < nValue) { pFirst[nHoleIndex] = pFirst[nParentIndex]; nHoleIndex = nParentIndex; nParentIndex = (nHoleIndex - 1) / 2; } pFirst[nHoleIndex] = nValue; } // pop_heap为从堆中删除一个元素, 调用这个算法的前提是[First, Last)之间的元素满足堆的条件 // 被删除的元素被放置到Last - 1位置,由于这里是max-heap,所以被删除的元素是这个序列中最大的元素 void pop_heap(int* pFirst, int* pLast) { int nValue; nValue = *(pLast - 1); *(pLast - 1) = *pFirst; adjust_heap(pFirst, 0, (int)(pLast - pFirst - 1), nValue); } // make_heap将序列[First, Last)中的元素按照堆的性质进行重组 void make_heap(int* pFirst, int* pLast) { int nLen, nParentIndex; nLen = (int)(pLast - pFirst); nParentIndex = (nLen - 1) / 2; while (true) { // 对父节点进行调整, 把父节点的值调整到合适的位置 adjust_heap(pFirst, nParentIndex, nLen, pFirst[nParentIndex]); if (0 == nParentIndex) return; nParentIndex--; } } // 对堆进行排序, 调用这个函数可以成功排序的前提是[pFirst, pLast)中的元素符合堆的性质 void sort_heap(int* pFirst, int* pLast) { // 调用pop_heap函数, 不断的把当前序列中最大的元素放在序列的最后 while(pLast - pFirst > 1) pop_heap(pFirst, pLast--); } // 判断一个序列[First, Last)是否满足堆的条件,是就返回1,否则返回0 char is_heap(int* pFirst, int* pLast) { int nLen, nParentIndex, nChildIndex; nLen = (int)(pLast - pFirst); nParentIndex = 0; for (nChildIndex = 1; nChildIndex < nLen; ++nChildIndex) { if (pFirst[nParentIndex] < pFirst[nChildIndex]) return 0; // 当nChildIndex是偶数时, 那么父节点已经和它的两个子节点进行过比较了 // 将父节点递增1 if ((nChildIndex & 1) == 0) ++nParentIndex; } return 1; } // 一个静态函数仅供adjust_heap调用以证实JJHOU的结论 static void push_heap(int *pFirst, int nHoleIndex, int nTopIndex, int nValue) { int nParentIndex; nParentIndex = (nHoleIndex - 1) / 2; while (nHoleIndex > nTopIndex && pFirst[nParentIndex] < nValue) { pFirst[nHoleIndex] = pFirst[nParentIndex]; nHoleIndex = nParentIndex; nParentIndex = (nHoleIndex - 1) / 2; } pFirst[nHoleIndex] = nValue; } // 对堆进行调整, 其中nHoleIndex是目前堆中有空洞的节点索引, nLen是待调整的序列长度 // nValue是需要安插进入堆中的值 static void adjust_heap(int *pFirst, int nHoleIndex, int nLen, int nValue) { int nTopIndex, nSecondChildIndex; nTopIndex = nHoleIndex; nSecondChildIndex = 2 * nTopIndex + 2; while (nSecondChildIndex < nLen) { if (pFirst[nSecondChildIndex] < pFirst[nSecondChildIndex - 1]) --nSecondChildIndex; pFirst[nHoleIndex] = pFirst[nSecondChildIndex]; nHoleIndex = nSecondChildIndex; nSecondChildIndex = 2 * nHoleIndex + 2; } if (nSecondChildIndex == nLen) { pFirst[nHoleIndex] = pFirst[nSecondChildIndex - 1]; nHoleIndex = nSecondChildIndex - 1; } // 以下两个操作在这个函数中的作用相同, 证实了<<STL源码剖析>>中P178中JJHOU所言 //pFirst[nHoleIndex] = nValue; push_heap(pFirst, nHoleIndex, nTopIndex, nValue); } void test_heap_algo(int *pArray, int nLength) { std::cout << "/ntest_heap_algo()/n"; make_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); push_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); pop_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); if (is_heap(pArray, pArray + nLength - 1)) { std::cout << "is heap!/n"; } else { std::cout << "is not heap!/n"; } make_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); if (is_heap(pArray, pArray + nLength)) { std::cout << "is heap!/n"; } else { std::cout << "is not heap!/n"; } sort_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); } void test_heap_algo_in_stl(int *pArray, int nLength) { std::cout << "/ntest_heap_algo_in_stl()/n"; std::make_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); std::push_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); std::pop_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); // 注意is_heap不是STL中支持的算法, 貌似只有SGI的实现才有这个函数! if (is_heap(pArray, pArray + nLength - 1)) { std::cout << "is heap!/n"; } else { std::cout << "is not heap!/n"; } std::make_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); if (is_heap(pArray, pArray + nLength)) { std::cout << "is heap!/n"; } else { std::cout << "is not heap!/n"; } std::sort_heap(pArray, pArray + nLength); display_array(pArray, nLength); } void display_array(int *pArray, int nLength) { for (int i = 0; i < nLength; ++i) std::cout << pArray[i] << " "; std::cout << std::endl; }