【C++干货铺】优先队列 | 仿函数

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目录

优先队列（priority_queue ）的介绍和使用

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 

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。

大堆 

	priority_queue<int,vector<int>> q1;
	q1.push(5);
	q1.push(23);
	q1.push(45);
	q1.push(7);
	q1.push(9);
	q1.push(2);
	q1.push(53);
	q1.push(34);
	cout << q1.size() << endl;
	while (!q1.empty())
	{
		cout << q1.top() << " ";
		q1.pop();
	}

小堆

	priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> q1;
	q1.push(5);
	q1.push(23);
	q1.push(45);
	q1.push(7);
	q1.push(9);
	q1.push(2);
	q1.push(53);
	q1.push(34);
	cout << q1.size() << endl;
	while (!q1.empty())
	{
		cout << q1.top() << " ";
		q1.pop();
	}

priority_queue的模拟实现

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。 

	template <class T, class Container=vector<T>>
	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)//
		{
			size_t child = parent * 2 + 1;//
			while (child < _con.size())
			{
				if (child + 1 < _con.size() 
					&&_con[child] < _con[child + 1])
				{
					++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);
		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};

但是我们编写完成后发现，只能实现大堆/小堆的一种；实现另一种时候需要自己改变函数中的符号，比较麻烦；在C语言中我们会使用函数指针，回调函数解决此问题；但是函数指针比较难以理解和使用，C++就出现了仿函数。

仿函数的介绍和使用

仿函数的介绍 

仿函数(functor)，就是使一个类的使用看上去像一个函数。其实现就是类中实现一个operator(),这个类就有了类似函数的行为，就是一个仿函数类了。 

有些时候，我们在写代码时会发现，某些功能实现的代码会不断的在不同的成员函数中用到，可又不好将这些代码独立出来成为类的一个成员函数，但又很想复用这些代码。写一个公共的函数是一个解决方法，不过函数用到的一些变量，就可能成为公共的全局变量。而且为了复用这么一片代码，就要单立出一个函数，也不好维护，这时就可以用仿函数了。写一个简单类，除了那些维护一个类的函数成员外，就只是实现一个operator()，在类实例化时，就将要用的，非参数的元素传入类中。这样就免去了对一些公共变量全局化的维护。同时，又可以使那些代码独立出来，以便下次复用。而且，这些仿函数还可以用关联、聚合、依赖的类之间的关系，与用到他们的类组合在一起，这样有利于资源的管理（这点可能是它相对于函数最显著的优点了）。如果再配合上模板技术和policy编程思想，就更是威力无穷了，大家可以慢慢的体会。

仿函数的使用

template <class T>
class functor
{
public :
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};
int main()
{
	functor<int> com;
	cout << com(2,3)<< endl;
	cout << com.operator()(3, 2) << endl;
	return 0;
}

根据仿函数的功能和特性我们可以配合priority_queue的模板，模拟实现和STL库中的priority_queue。只需要在模板中加入一个比较器，默认缺省为实现大堆，在实例化时候可以选择大小堆这样就可以不用直接修改符号了。

	template <class T, class Container=vector<T>,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[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)//
		{
			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[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);
		}
		const T& top()
		{
			return _con[0];
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};

//大堆
template <class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};
//小堆
template <class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

今天对C++中priority_queue和仿函数的介绍、使用、模拟实现的分享到这就结束了，希望大家读完后有很大的收获，也可以在评论区点评文章中的内容和分享自己的看法。您三连的支持就是我前进的动力，感谢大家的支持！！ !