【C++】—— priority_queue 与仿函数

1 priority_queue 介绍2 priority_queue 的使用2.1 priority_queue 的函数接口2.2 priority_queue 的使用

3 仿函数3.1 什么是仿函数3.2 仿函数的应用

4 需自己写仿函数的情况4.1 类类型不支持比较大小4.2 类中支持的比较方式不是我们想要的

5 priority_queue 的模拟实现

1 priority_queue 介绍

p

r

i

o

i

r

t

prioirt

prioirt_

q

u

e

u

e

queue

queue 文档介绍

优先级队列是一种<code>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(或最小)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（优先队列中位于定部的元素）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，

q

u

e

u

e

queue

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：

标准容器类

v

e

c

t

o

r

vector

vector 和

d

e

q

u

e

deque

deque 满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue 类实例化特定容器类，则使用 <code>vector需要支持随机访问的迭代器，以便始终在内部保存堆结构。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

2.1 priority_queue 的函数接口

优先级队列默认使用

v

e

c

t

o

r

vector

vector 作为其底层存储数据的容器，在

v

e

c

t

o

r

vector

vector 上又使用了堆算法将

v

e

c

t

o

r

vector

vector 中元素构成堆的结构，因此

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue 就是 堆，所有需要用到堆的地方，都可以考虑使用

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue。

注意：默认情况下

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority _

q

u

e

u

e

queue

queue 是大堆

2.2 priority_queue 的使用

优先级队列一个有三个模板参数：<code>class T、class Container = vector<T>、class Compare = less<typename Container::value_type>

第一个参数是确定优先级队列的存储类型；第二个参数确定

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue 底层容器的结构，默认为

v

e

c

t

o

r

vector

vector，priority_queue也是一种适配器模式；第三个参数确定是建大堆还是小堆，默认是大堆，建立小堆的话要自己传递一个仿函数。

我们来简单使用一下

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue

void test1()

{ -- -->

priority_queue<int> pq;

pq.push(4);

pq.push(1);

pq.push(5);

pq.push(7);

pq.push(9);

while (!pq.empty())

{

cout << pq.top() << " ";

pq.pop();

}

cout << endl;

}

运行结果：

我们再来试试小堆

<code>void test2()

{ -- -->

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

pq.push(4);

pq.push(1);

pq.push(5);

pq.push(7);

pq.push(9);

cout << " ";

while (!pq.empty())

{

cout << pq.top() << " ";

pq.pop();

}

cout << endl;

}

但第三个模板参数<code>class Compare = less<typename Container::value_type> 是什么东西呢？为什么传

g

r

e

a

t

e

r

<

i

n

t

>

greater<int>

greater<int> 就从大堆变小堆了呢？这其实是一个仿函数，我们慢慢来介绍。

3 仿函数

3.1 什么是仿函数

什么是仿函数呢？仿函数本质是一个 类 ！它里面重载了

o

p

e

r

a

t

o

r

operator

operator() 函数（即函数调用操作符：func()中的()）。

比如现在我想写两个整型的比较的仿函数，可以怎么写呢？

class Less

{ -- -->

public:

bool operator()(int x, int y)

{

return x < y;

}

};

可以看到它没有成员变量；其实仿函数大部分都是空类 ，都是没有成员变量的

我们将其改造一下就成了模板，可以支持多种类型的比较。但并不是说仿函数就是模板，仿函数类指的是它重载了

o

p

e

r

a

t

o

r

(

)

operator()

operator() 函数的类

template<class T>

class Less

{

public:

bool operator()(const T& x, const T& y)

{

return x < y;

}

};

那我们又如何调用呢？如下：

int main()

{

Less<int> LessFunc;

cout << LessFunc(1, 2) << endl;

return 0

}

按照我们以前的理解，LessFunc(1, 2)是个函数调用，LessFunc是一个函数名或函数指针。但现在，它一个对象。

仿函数本质是一个类，这个类重载

o

p

e

r

a

t

o

r

(

)

operator()

operator()，它的对象可以像函数一样使用

LessFunc本质是调用了

o

p

e

r

a

t

o

r

(

)

operator()

operator()

cout << LessFunc(1, 2) << endl;

cout << LessFunc.operator()(1, 2) << endl;

同样，我们还可以实现一个

g

r

e

a

t

e

r

greater

greater 的仿函数

template<class T>

class Greater

{

public:

bool operator()(const T& x, const T& y)

{

return x > y;

}

};

3.2 仿函数的应用

那

p

r

i

o

r

i

t

y

priority

priority_

q

u

e

u

e

queue

queue 为什么要仿函数作为模板参数呢？

我们知道堆的插入，是要调用向上调整算法的

template<class T, class Container = vector<T>>

class priority_queue

{

public:

void AdjustUp(int child)

{

int parent = (child - 1) / 2;

while (child > 0)

{

if (_con[parent] < _con[child])

{

swap(_con[child], _con[parent]);

child = parent;

parent = (child - 1) / 2;

}

else

break;

}

}

private:

Container _con;

};

上述实现的向上调整算法，判断条件是if (_con[parent] < _con[child])建的是大堆，那如果我想建小堆怎么办？自己手动改代码吗？那也太离谱了吧。

这时，仿函数的作用就出来了。

我们再增加一个模板参数：

C

o

m

p

a

r

e

Compare

Compare，

C

o

m

p

a

r

e

Compare

Compare 是一个类型，传递一个仿函数。我们还可以给一个缺省值

template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>

这时，我们就可以将比较逻辑写成泛型

if (Compare(_con[parent], _con[child]))

如果我们想建大堆，比较逻辑是 < ，传递 Less<T> 类型；反之传递 Greater<T> 类型。（库中是

l

e

s

s

less

less<T> 和

g

r

e

a

t

e

r

greater

greater<T>）

int main()

{

Priority_queue<int, vector<int>, Less<int>> p3;

Priority_queue<int, vector<int>, Greater<int>> p4;

return 0;

}

注：模板模板实例化时传递的是类型，而函数模板传参时需要传的是对象

如：写一个向上调整算法的函数模板

template<class Compare>

void AdjustUp(int* a, int child, Compare com)

{

int parent = (child - 1) / 2;

while (child > 0)

{

if (com(a[child], a[parent]))

{

swap(a[child], a[parent]);

child = parent;

parent = (child - 1) / 2;

}

else

{

break;

}

}

}

int main()

{

int a[] = { 1 };

Less<int> LessFunc;

AdjustUp(a, 1, LessFunc);//传递有名对象

AdjustUp(a, 1, Less<int>());//传递匿名对象

return 0;

}

4 需自己写仿函数的情况

库中是帮我们实现了仿函数

l

e

s

s

less

less 和

g

r

e

a

t

e

r

greater

greater 的，也就是说一般情况下我们是不用自己实现仿函数，这直接调用库里的就好了

less

greater

但有些情况时需要我们自己写的。

4.1 类类型不支持比较大小

<code>class Date

{ -- -->

public :

Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)

: _year(year)

, _month(month)

, _day(day)

{ }

private:

int _year;

int _month;

int _day;

};

int main()

{

priority_queue<Date> q1;

q1.push(Date(2018, 10, 29));

q1.push(Date(2018, 10, 28));

q1.push(Date(2018, 10, 30));

return 0;

}

D

a

t

e

Date

Date类 中并没有重载

o

p

e

r

a

t

o

r

operator

operator< 和

o

p

e

r

a

t

o

r

operator

operator> 的函数，编译就会报错

这时，就需要我们自己实现

l

e

s

s

less

less 和

g

r

e

a

t

e

r

greater

greater 仿函数

4.2 类中支持的比较方式不是我们想要的

<code>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);

}

private:

int _year;

int _month;

int _day;

};

现在

D

a

t

e

Date

Date类 中支持了比较方式，但如果我们这样传参呢？

int main()

{

priority_queue<Date*> q1;

q1.push(new Date(2018, 10, 29));

q1.push(new Date(2018, 10, 28));

q1.push(new Date(2018, 10, 30));

cout << *q1.top() << endl;

q1.pop();

cout << *q1.top() << endl;

q1.pop();

cout << *q1.top() << endl;

q1.pop();

return 0;

}

你会发现，每次的结果都不一样，我们控制不住。这时因为我们传递的是指针，它是<code>按指针大小来比较

这时就需要我们自己实现仿函数

class DateLess

{ -- -->

bool operator()(Date* p1, Date* p2)

{

return *p1 < *p2;

}

};

5 priority_queue 的模拟实现

namespace my_priority_queue

{

template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = less<T> >

class priority_queue

{

public:

template <class InputIterator>

priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)

{

InputIterator it = first;

while (it != last)

{

push(*it);

++it;

}

}

priority_queue() { }

bool empty() const

{

return _c.empty();

}

size_t size() const

{

return _c.size();

}

const T& top() const

{

return _c.front();

}

T& top()

{

return _c.front();

}

void push(const T& x)

{

_c.push_back(x);

AdjustUp(size() - 1);

}

void AdjustUp(int child)

{

int parent = (child - 1) / 2;

while (child > 0)

{

if (_comp(_c[parent], _c[child]))

{

swap(_c[parent], _c[child]);

child = parent;

parent = (child - 1) / 2;

}

else

break;

}

}

void AdjustDown(int parent, int end)

{

int child = parent * 2 + 1;

while (child <= end)

{

if (child + 1 <= end && _comp(_c[child], _c[child + 1]))

++child;

if (_comp(_c[parent], _c[child]))

{

std::swap(_c[parent], _c[child]);

parent = child;

child = parent * 2 + 1;

}

else

break;

}

}

void pop()

{

assert(!empty());

std::swap(_c[0], _c[size() - 1]);

_c.pop_back();

AdjustDown(0, size() - 1);

}

private:

Container _c;

Compare _comp;

};

}

好啦，本期关于 priority_queue 与仿函数 的知识就介绍到这里啦，希望本期博客能对你有所帮助。同时，如果有错误的地方请多多指正，让我们在 C++ 的学习路上一起进步！