【C++初阶学习】stack/queue/priority_queue的使用和模拟(2)

简介: 【C++初阶学习】stack/queue/priority_queue的使用和模拟(2)

三、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(默认的优先级队列)


优先级队列类似于堆,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


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


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(也是封装)


注:以大堆为例


image.png


image.png


总结:

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


2、priority_queue的使用


image.png


#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;
  // 堆排序输出数据
  while (!q1.empty())
  {
    cout << q1.top() << " ";
    q1.pop();
  }cout << endl;
  while (!q2.empty())
  {
    cout << q2.top() << " ";
    q2.pop();
  }cout << endl;
}


image.png


注意: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


  • 示例:


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 TestPriorityQueue2()
{
  // 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(2021, 10, 19));
  q1.push(Date(2021, 10, 29));
  q1.push(Date(2021, 12, 16));
  q1.push(Date(2021, 8, 18));
  q1.push(Date(2021, 9, 15));
  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(2021, 10, 19));
  q2.push(Date(2021, 10, 29));
  q2.push(Date(2021, 12, 16));
  q2.push(Date(2021, 8, 18));
  q2.push(Date(2021, 9, 15));
  cout << q2.top() << endl;
  while (!q1.empty())
  {
    cout << q1.top() << " ";
    q1.pop();
  }cout << endl;
  while (!q2.empty())
  {
    cout << q2.top() << " ";
    q2.pop();
  }cout << endl;
}


image.png


四、容器适配器


  • 概念:


适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结)


该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口


也就是将容器将其接口进行适当封装来得到想要的功能和特性


stack/queue/priority_queue的底层结构:

虽然stack和queue中也可以存放元素,但在STL中并没有将其划分在容器的行列,而是将其称容器适配器


因为stack和队列只是对其他容器的接口进行了包装(STL中stack和queue默认使用deque,priority_queue则使用了vector来封装实现其特性)


示图:


image.png

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