前言
在优先队列中，优先级高的元素先出队列，并非按照先进先出的要求，类似一个堆(heap)。其模板声明带有三个参数，priority_queue<Type, Container, Functional>, 其中Type为数据类型，Container为保存数据的容器，Functional为元素比较方式。Container必须是用数组实现的容器，比如 vector, deque. STL里面默认用的是vector. 比较方式默认用operator< , 所以如果把后面两个参数缺省的话，优先队列就是大顶堆，队头元素最大。
一、priority_queue的介绍和使用
1、priority_queue的介绍
- 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。
- 此上下文类似于堆，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)。
- 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。
- 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 |
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。
2、priority_queue的使用
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。
用法：
- 默认情况下，priority_queue是大堆。
#include <vector> #include <queue> #include <functional> // greater算法的头文件 void TestPriorityQueue() { // 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较 vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5}; priority_queue<int> q1; for (auto& e : v) q1.push(e); cout << q1.top() << endl; // 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式 priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end()); cout << q2.top() << endl; }
- 如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
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) { _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day; return _cout; } private: int _year; int _month; int _day; }; void TestPriorityQueue() { // 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载 priority_queue<Date> q1; q1.push(Date(2018, 10, 29)); q1.push(Date(2018, 10, 28)); q1.push(Date(2018, 10, 30)); cout << q1.top() << endl; // 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载 priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2; q2.push(Date(2018, 10, 29)); q2.push(Date(2018, 10, 28)); q2.push(Date(2018, 10, 30)); cout << q2.top() << endl; }
二、priority_queue模拟实现
通过对priority_queue的底层结构就是堆，因此此处只需对对进行通用的封装即可。
priority_queue.h
namespace my_priority_queue { //优先级队列 //小于 template<class T> struct less { bool operator()(const T& x, const T& y) { return x < y; } }; //大于 template<class T> struct greater { bool operator()(const T& x, const T& y) { return x > y; } }; template<class T, class Container = std::vector<int>, class Compare = less<T>> class priority_queue { private: //大堆 < 小堆 > void AdjustUp(int child) { Compare comFunc; int parent = (child - 1) / 2; while (child > 0) { //if (_con[patent] < _con[child]) if (comFunc(_con[parent], _con[child])) { std::swap(_con[parent], _con[child]); child = parent; parent = (child - 1) / 2; } else { break; } } } void AdjustDown(int parent) { Compare comFunc; int child = parent * 2 + 1;//默认左孩子 while (child < _con.size()) { if (child + 1 < _con.size() && comFunc(_con[child], _con[child + 1])) { ++child; } if (comFunc(_con[parent], _con[child])) { std::swap(_con[parent], _con[child]); parent = child; child = parent * 2 + 1; } else { break; } } } public: priority_queue(const Compare& comFunc = Compare()) :_comFunc(comFunc) {} template <class InputIterator> priority_queue(InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comFunc = Compare()) : _comFunc(comFunc) { while (first != last) { _con.push_back(*first); ++first; } //建堆 for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i) { AdjustDown(i); } } void push(const T& x) { _con.push_back(x); AdjustUp(_con.size() - 1); } void pop() { assert(!_con.empty()); std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]); _con.pop_back(); AdjustDown(0); } const T& top() { return _con[0]; } bool empty() { return _con.empty(); } size_t size() { return _con.size(); } private: Container _con; Compare _comFunc; }; }
