C++初阶（十六）优先级队列

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一、priority_queue的介绍和使用

1、priority_queue的介绍

1. 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。
2. 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)。
3. 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。
4. 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。

1. 默认情况下，priority_queue是大堆
   
2. 如果要建小堆，需要改变条件
   
3. 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的模拟实现

1、无仿函数

namespace bit
{
	template<class T , class Container =vector<int>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void adjust_up(int child)
		{
			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;
				}
			}
		}
		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			adjust_up(_con.size() - 1);
		}
		void adjust_down(int parent)
		{
			int child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && _con[child + 1] > _con[child])
				{
					++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(0);
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();

		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
	private:
		Container _con;

	};
}

2、带仿函数

namespace bit
{
	template<class T , class Container =vector<int>,class Compare=Less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void adjust_up(int child)
		{
			Compare com;
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);
			adjust_up(_con.size() - 1);
		}
		void adjust_down(int parent)
		{
			Compare com;
			size_t child = parent * 2 + 1;
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size()
					&& com(_con[child], _con[child + 1]))
				{
					++child;
				}

				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			adjust_down(0);
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();

		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
	private:
		Container _con;
	};

}

int main()
{
	bit::priority_queue<int,vector<int>,Less<int>> v;
	v.push(1);
	v.push(9);
	v.push(8);

	while (!v.empty())
	{
		cout << v.top() << " ";
		v.pop();
	}

	return 0;
}

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