【C++】priority_queue模拟实现过程中值得注意的点

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前言

本篇文章旨在记录博主在模拟实现priority_queue适配器中遇到的一些问题，希望与大家共勉。

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欢迎大家📂收藏📂以便未来做题时可以快速找到思路，巧妙的方法可以事半功倍。

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GITEE相关代码：🌟fanfei_c的仓库🌟

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1.priority_queue的介绍

• priority_queue顾名思义：『 优先级队列』；
• 人话：堆。

priority_queue就是基于vector容器的堆，所以未来涉及到『 堆的应用』都可以使用priority_queue适配器。

默认为大堆。

同样通过模板参数的方式来决定底层容器和构建小堆。

比如：

• 使用『 vector』作为底层容器，内部构造『 大堆』结构。

priority_queue<int, vector<int>, less<int>> q1;

• 使用『 vector』作为底层容器，内部构造『 小堆』结构。

priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2;

• 不指定底层容器和内部需要构造的堆结构，采用默认即vector、大堆。

priority_queue<int> q;

比较奇怪的是：

构建大堆要传less，构建小堆要传greater，容易记混。

• 『 大堆』less就是逐渐变小；
• 『 小堆』greater就是逐渐变大。

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2.堆的回顾

2.1向上调整算法

向上调整算法的前提是『 祖先是堆』。

以小堆为例：

1.给定向上调整的起点（孩子节点下标），根据起点下标计算双亲节点下标。

孩子节点与双亲结点间的下标关系：

• child=parent*2+1 || child=parent*2+2;
• parent=(child-1)/2;

2.比较孩子节点与双亲节点数值大小，若孩子节点小于于双亲节点，则交换两者，并将孩子节点的下标更新为之前的双亲节点下标，根据最新的孩子节点下标重新计算双亲节点下标，重复这一过程直到孩子节点为根节点。

//堆的向上调整（小堆）
void AdjustUp(vector<int>& v, int child)
{
	int parent = (child - 1) / 2; //通过child计算parent的下标
	while (child > 0)//调整到根结点的位置截止
	{
		if (v[child] < v[parent])//孩子结点的值小于父结点的值
		{
			//将父结点与孩子结点交换
			swap(v[child], v[parent]);
			//继续向上进行调整
			child = parent;
			parent = (child - 1) / 2;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

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2.2向下调整算法

向下调整算法的前提是『 左右子树是堆』。

以小堆为例：

1.给定向下调整的起点（双亲节点下标）和节点总数，根据起点下标计算孩子节点下标。

注意：向下调整时，若有两个孩子节点，则需要确保调整的是较小的孩子节点。

2.比较孩子节点与双亲节点数值大小，若孩子节点小于双亲节点，则交换两者，并将双亲节点的下标更新为之前的孩子节点下标，根据最新的双亲节点下标重新计算孩子节点下标，重复这一过程直到孩子节点超出节点总数。

//堆的向下调整（小堆）
void AdjustDown(vector<int>& v, int n, int parent)
{
	//child记录左右孩子中值较大的孩子的下标
	int child = 2 * parent + 1;//先默认其左孩子的值较小
	while (child < n)
	{
		if (child + 1 < n && v[child+1] < v[child])//右孩子存在并且右孩子比左孩子还小
		{
			child = child + 1;//较小的孩子改为右孩子
		}
		if (v[child] < v[parent])//左右孩子中较小孩子的值比父结点还小
		{
			//将父结点与较小的子结点交换
			swap(v[child], v[parent]);
			//继续向下进行调整
			parent = child;
			child = 2 * parent + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

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3.构建大小堆的模板参数问题『仿函数 』?

这里同样涉及到模板参数的传递问题。

在学习堆时，我们知道可以通过改变比较方式从而实现建大堆或者建小堆：

但我们不能每次都手动的去改变这个符号从而满足用户需求。

所以这里我们同样可以利用『 仿函数』来解决这一问题。

仿函数是一个类或结构体，它重载了operator()运算符，使其可以像函数一样被调用。

仿函数的实例可以像函数指针一样传递给STL算法或容器的操作，从而实现自定义行为。

如同我们今天的例子，_com是less类的实例对象，less类重载了操作符()，使其类似于函数调用，内部实现比较大小的功能返回布尔值，_com()就是仿函数，该仿函数模拟了函数行为，使if的判断条件为真或假，从而达到我们>、<的目的。?

?

• 函数参数传参是在『 使用时传参』，传递的是『 对象』；
• 模板参数传参是在『 编译时传参』，传递的是『 类型』。

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4.模拟实现源码

#pragma once

namespace F
{
    //比较方式：减小堆
	template<class T>
	class less
	{
	public:
		bool operator()(const T& x, const T& y)
		{
			return x < y;
		}
	};
    //比较方式：建大堆
	template<class T>
	class greater
	{
	public:
		bool operator()(const T& x, const T& y)
		{
			return x > y;
		}
	};
	template<class T, class Container = std::vector<T>, class Compare = less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
        //向上调整
		void adjust_up(int child)
		{
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
                //通过模板参数Compare确定是否需要交换结点位置
				if (_com(_con[child],_con[parent]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
        //向下调整
		void adjust_down(int parent)
		{
			int child = parent * 2 + 1;

			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() && _com(_con[child+1],_con[child]))
				{
					++child;
				}

				if (_com(_con[child], _con[parent]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void push(const T& x)
		{
			_con.push_back(x);

			adjust_up(_con.size() - 1);
		}

		void pop()
		{
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();

			adjust_down(0);
		}

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

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

		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;//底层容器
		Compare _com;//比较方式
	};
}

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