c++优先级队列priority_queue使用lambda表达式出错问题

2023-06-22 116

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简介： c++优先级队列priority_queue使用lambda表达式出错问题

优先级队列简介

优先级队列priority_queue，可以在队列中自定义数据的优先级, 让优先级高的排在队列前面优先出队。它具有队列的所有特性，包括队列的基本操作，只是在这基础上添加了内部的一个排序，它本质是一个堆实现的。

优先级队列的内部是大小顶堆实现的，弹出pop()和队首top()都是获得堆首（根结点）的元素。

std::less<T>变成大顶堆（从上层到下层，堆元素是从大到小，同层之间随便）

std::greater<T>变成小顶堆（从上层到下层，堆元素是从小到大，同层之间随便）

基本操作有：

empty( ) //判断一个队列是否为空

pop( ) //删除队顶元素

push( ) //加入一个元素

size( ) //返回优先队列中拥有的元素个数

top( ) //返回优先队列的队顶元素

优先队列的时间复杂度为O（logn），n为队列中元素的个数，其存取都需要时间。

⼆叉堆是⼀种特殊的⼆叉树（完全⼆叉树），因为堆是基于完全二叉树，所以我们不需要用链式结构来表示，我们可以直接用数组存。

假设父节点的下表为parent，从父节点获取子节点：

左节点下标： 2*parent+1

右节点下标： 2*parent+2

假设子节点的下标为son(左右子节点都可以)：

父节点下标：(son-1)/2

小顶堆图示：

小顶堆的建立和删除都是下沉操作，添加做的是上浮操作。

大顶堆图示：

如上图所示，假设父节点的下标 parent=0，则其左子节点下标为Lchildren=2*parent+1。

右子节点下标为Rchildren=2*parent+2，如上示为例：

第 0 个数据的下标：parent = 0

第 1 个数据的下标：Lchildren = 2*parent + 1 = 2*0+1 = 1

第 2 个数据的下标：Rchildren = 2*parent + 2 = 2*0+2 = 2

⼀般的链表⼆叉树，我们操作节点的指针，⽽在数组⾥我们把数组索引作为指针。

问题描述

在c++17下，priority_queue优先级队列使用lambda表达式，可能遇到以下错误提示信息：

error: a lambda expression cannot appear in this context。

测试创建了一个自定义的优先级队列，测试代码如下：

#include <iostream>
#include <queue>
int main() {
  std::cout << "hello test" << std::endl;
  using Ty = std::pair<std::string,int>;
  std::priority_queue<Ty,
        std::vector<Ty>,
        decltype( [](Ty a, Ty b)->bool{
                   return a.second > b.second;
        })> q;
  q.emplace(std::make_pair("yang",3));
  q.emplace(std::make_pair("yong",2));
  q.emplace(std::make_pair("zhen",1));
  std::cout << "q.top()=" <<q.top().first <<std::endl;
  return 0;
 }

这段代码在c++20下面测试是ok的。附测试网站地址：GDB online Debugger | Compiler - Code, Compile, Run, Debug online C, C++

换成c++17下测试：

原因分析

Your code is valid C++20 as written but invalid C++17 or earlyer.

可能你使用了c++20的特性，在c++20之前不支持。

在 C++20 之前闭包类型不是默认可构造的。在 C++20 中没有捕获的闭包类型是默认可构造的。

参考这个回答：

C++: lambda-expression in unevaluated context

c++11 - C++: lambda-expression in unevaluated context - Stack Overflow正在上传…重新上传取消https://stackoverflow.com/questions/52734311/c-lambda-expression-in-unevaluated-context

1.Lambda expressions are not allowed in unevaluated contexts (such as decltype) before C++20.

2.Closure types are not default constructible before C++20. In C++20 a closure type that has no capture is default constructible.

解决之道

问题原因清楚了，如何解决？不能轻易的就换成c++20的工具链吧。方法还是有的，可以改为仿函数实现。定义一个myGreater仿函数解决：

#include <iostream>
#include <queue>
using Ty = std::pair<std::string,int>;
struct myGreater {
   bool operator() (Ty a, Ty b){
     return a.second > b.second; //大顶堆
  }
};
int main() {
  std::cout << "hello test" << std::endl;
  std::priority_queue<Ty,
        std::vector<Ty>,
        myGreater> q;
  q.emplace(std::make_pair("yang",3));
  q.emplace(std::make_pair("yong",2));
  q.emplace(std::make_pair("zhen",1));
  std::cout << "q.top()=" <<q.top().first <<std::endl;
  return 0;
 }

如果使用std::greater这个默认的比较器会怎样？它先比较pair的第一个元素。如上例假若改为

std::greater<Ty>,输出结果为："yang",若第一个元素相同则比较第二个元素。不过既然是pair就该使用自定义的比较器。

priority_queue()默认按照从小到大排列，less,最大堆（降序）。所以top()返回的是最大值而不是最小值。

使用greater<>后，数据从大到小排列，最小堆（升序），top()返回的就是最小值而不是最大值。

附,优先级队列的简单模拟实现（最大堆）：

// 默认最大堆，less,从大到小排序 最大的堆顶最先pop
#include <iostream>
#include <math.h>
const size_t MAX_NUM = 50;
template <typename T>
class priority_queue{
public:
    T data[MAX_NUM]; // 存储元素的数组
    int count = 0; // 当前队列中的元素个数
public:
    bool empty(){
        return count == 0;
    }
    int top(){
        if (!empty()) {
            return data[0];
        }
        return -1;
    }
    void push(T key){
        data[count] = key;
        swim(count);
        count++;
    }
    void pop(){
        count--;
        exch(0, count);
        data[count] = -1;
        sink(0);
    }
    /* 上浮第k个元素 */
    void swim(int k){
        while ( (k > 0) && less(parent(k), k)) {
            exch(parent(k), k);
            k = parent(k);
        }
    }
    /* 下沉第k个元素 */
    void sink(int k){
        while (left(k) < count) {
            int older = left(k);
            if (right(k) < count && less(older, right(k))) {
                older = right(k);
            }
            if (less(older, k)) break;
            exch(k, older);
            k = older;
        }
    }
    int parent(int child){
        return (child-1)/2;
    }
    int left(int root){
        return root*2 + 1;
    }
    int right(int root){
        return root*2 + 2;
    }
    /* data[i] 是否⽐ data[j] ⼩？ */
    bool less(T i, T j){
        return data[i] < data[j];
    }
    /* 交换数组的两个元素 */
    void exch(int i, int j){
        T temp = data[i];
        data[i] = data[j];
        data[j] = temp;
    }
    void print(){
        for(int i = 0 ; i < count; i++){
              std::cout << " " << data[i] << std::endl;
        }
    }
};
int main(){
    std::cout << "hello test" << std::endl;
    priority_queue<int> q;
    q.push(12);
    q.push(11); 
    q.push(7); 
    q.push(8);
    q.push(9);
    q.push(3); 
    q.push(2);
    q.push(5); 
    q.push(6);
    q.print();
    std::cout << "q.top:" << q.top() << std::endl;
    q.pop();
    q.print();
    std::cout << "test over" << std::endl;
}