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本篇文章主要讲解 priority_queue 的相关内容

目录

1. 优先级队列简介

基本操作

 2. 模拟实现

2.1 入队操作

2.2 出队操作

2.3 访问队列顶部元素

2.4 判断优先队列是否为空

2.5 获取优先队列的大小

3. 仿函数

仿函数的特点

使用场景

示例代码

仿函数替代函数指针

4.利用仿函数实现优先级队列 

5. 有关自定义类型的排序

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1. 优先级队列简介

std::priority_queue 是一个模板类，定义在 <queue> 头文件中，它基于堆（heap）数据结构来实现优先队列的功能。默认情况下，std::priority_queue 使用 std::vector 作为其底层容器，并且使用比较器（默认是 std::less）来决定元素的优先级顺序。 

基本操作

1. 入队操作： 使用 push() 成员函数将元素推入优先队列中。

   std::priority_queue<int> myPriorityQueue;
   myPriorityQueue.push(10);

2. 出队操作： 使用 pop() 成员函数从优先队列中移除顶部（优先级最高）的元素。

   myPriorityQueue.pop();
   

3. 访问队列顶部元素： 使用 top() 成员函数获取优先队列顶部（优先级最高）的元素，但不会将其从队列中移除。

   int topElement = myPriorityQueue.top();
   

4. 判断优先队列是否为空： 使用 empty() 成员函数检查优先队列是否为空。

   if (!myPriorityQueue.empty()) {// 优先队列不为空
   }
   

5. 获取优先队列的大小： 使用 size() 成员函数获取优先队列中元素的数量。

   int queueSize = myPriorityQueue.size();
   

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 2. 模拟实现

其模拟实现的方式也是按照容器适配器的模式来完成的，刚才提到过其底层是堆的形式，那么只需要用vector来模拟实现即可

2.1 入队操作

void adjust_up()
{int child = _con.size() - 1;int parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (_con[parent] < _con[child]){swap(_con[parent], _con[child]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}
}
// 大堆
void push(const T& val)
{_con.push_back(val);adjust_up();
}

2.2 出队操作

void adjust_down()
{int parent = 0;int child = (parent * 2) + 1;while (child < _con.size()){if (child + 1 < size() && (_con[child] < _con[child + 1])){++child;}if (_con[parent] < _con[child]){swap(_con[parent], _con[child]);parent = child;child = (parent * 2) + 1;}else{break;}}
}void pop()
{swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();adjust_down();
}

2.3 访问队列顶部元素

T& top()
{return _con.front();
}

2.4 判断优先队列是否为空

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

2.5 获取优先队列的大小

size_t size()
{return _con.size();
}

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3. 仿函数

仿函数是C++中的一个概念，它实际上是一个类或结构体，但其行为类似于函数。仿函数可以像函数一样被调用，因此也被称为函数对象。

仿函数的特点

1. 类似函数： 仿函数实际上是一个类对象，但其重载了函数调用运算符 operator()，使得它可以像函数一样被调用。

2. 灵活性： 仿函数可以包含状态，因此可以捕获和存储额外的信息，而这在普通函数中可能很难实现。

3. 可定制性： 仿函数可以根据需要进行定制，比如可以重载不同的函数调用运算符，或者添加额外的成员函数。

使用场景

1. 作为函数对象传递： 仿函数可以作为参数传递给算法函数，这在STL中非常常见。比如，std::sort 函数可以接受一个仿函数来定义排序的顺序。

2. 定制排序规则： 当需要对容器中的元素进行排序时，可以使用仿函数来定义排序规则，比如按照自定义的比较方式排序。

3. 条件判断： 仿函数可以用于条件判断，例如在算法中过滤元素时。

示例代码

下面是一个简单的示例，演示了如何定义和使用一个简单的仿函数：

#include <iostream>// 定义一个简单的仿函数
struct MyFunctor {void operator()(int x) const {std::cout << "Value: " << x << std::endl;}
};int main() {MyFunctor myFunc;// 调用仿函数myFunc(10);return 0;
}

仿函数替代函数指针

在许多情况下，仿函数可以替代函数指针，并提供更多的灵活性和可扩展性。 

我们知道在C语言中的qsort中，只需要给出两个元素的比较大小的方式，就可以传递函数指针来进行大小的排序，然而在C++中，我们可以传递仿函数，并调用算法库中的sort来进行排序，例如以下的代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>// 定义一个比较器仿函数
struct MyComparator 
{bool operator()(int a, int b) const {return a % 10 < b % 10; // 按照个位数进行排序}
};int main() 
{std::vector<int> nums = {15, 30, 25, 12, 7};// 使用仿函数进行排序// 传匿名对象std::sort(nums.begin(), nums.end(), MyComparator());// 打印排序后的结果for (int num : nums) {std::cout << num << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

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4.利用仿函数实现优先级队列 

按照这样的逻辑，我们就可以用仿函数来实现优先级队列，

• 如果按照升序排序，建小堆，传greater比较方式；
• 如果按照降序排序，建大堆，传less比较方式。

template<class T>
class less
{
public:bool operator()(const T& left, const T& right){return left < right;}
};template<class T>
class greater
{
public:bool operator()(const T& left, const T& right){return left > right;}
};template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = greater<T>>
class priority_queue
{
public:void adjust_up(){Compare com;int child = _con.size() - 1;int parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if (com(_con[parent], _con[child])){swap(_con[parent], _con[child]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}// 大堆void push(const T& val){_con.push_back(val);adjust_up();}void adjust_down(){Compare com;int parent = 0;int child = (parent * 2) + 1;while (child < _con.size()){if (child + 1 < size() && com(_con[child], _con[child + 1])){++child;}if (com(_con[parent], _con[child])){swap(_con[parent], _con[child]);parent = child;child = (parent * 2) + 1;}else{break;}}}void pop(){swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);_con.pop_back();adjust_down();}T& top(){return _con.front();}bool empty(){return _con.empty();}size_t size(){return _con.size();}private:Container _con;
};

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5. 有关自定义类型的排序

在很多情况下，我们需要对一个自定义类型按照某种形式进行排序，例如，对于一种商品，可能对他的评价、价格、销量等情况进行排序，这个时候我们就可以运用仿函数了。

struct Goods
{string _name; // 名字double _price; // 价格int _evaluate; // 评价Goods(const char* str, double price, int evaluate):_name(str), _price(price), _evaluate(evaluate){}
};struct compare_price_less
{bool operator()(const Goods& gdp1, const Goods& gdp2){return gdp1._price < gdp2._price;}
};struct compare_evaluate_less
{bool operator()(const Goods& gde1, const Goods& gde2){return gde1._evaluate < gde2._evaluate;}
};struct compare_name_greater
{bool operator()(const Goods& gdn1, const Goods& gdn2){return gdn1._name > gdn2._name;}
};int main()
{vector<Goods> v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };sort(v.begin(), v.end(), compare_name_greater());sort(v.begin(), v.end(), compare_evaluate_less());sort(v.begin(), v.end(), compare_price_less());return 0;
}