标准库priority_queue的一种实现-白红宇

标准库priority_queue的一种实现

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发布时间：2019-06-28

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优先级队列相对于普通队列，提供了插队功能，每次最先出队的不是最先入队的元素，而是优先级最高的元素。

它的实现采用了标准库提供的heap算法。该系列算法一共提供了四个函数。使用方式如下：

首先，建立一个容器，放入元素：

vector
     
       coll;insertNums(coll, 3, 7);insertNums(coll, 5, 9);insertNums(coll, 1, 4);printElems(coll, "all elements: ");

打印结果为：

all elements: 3 4 5 6 7 5 6 7 8 9 1 2 3 4

然后我们调用make_heap，这个算法把[beg, end)内的元素建立成堆。

make_heap(coll.begin(), coll.end());printElems(coll, "after make_heap: ");

打印结果：

after make_heap: 9 8 6 7 7 5 5 3 6 4 1 2 3 4

然后我们调用pop_heap，这个算法必须保证[beg, end)已经是一个heap，然后它将堆顶的元素（其实是begin指向的元素）放到最后，再把[begin. end-1)内的元素重新调整为heap

pop_heap(coll.begin(), coll.end());coll.pop_back();printElems(coll, "after pop_heap: ");

打印结果为：

after pop_heap: 8 7 6 7 4 5 5 3 6 4 1 2 3

接下来我们调用push_heap，该算法必须保证[beg, end-1)已经是一个heap，然后将整个[beg, end)调整为heap

coll.push_back(17);push_heap(coll.begin(), coll.end());printElems(coll, "after push_heap: ");

打印结果为：

after push_heap: 17 7 8 7 4 5 6 3 6 4 1 2 3 5

最后我们使用sort_heap将[beg, end)由heap转化为有序序列，所以，前提是[beg, end)已经是一个heap

sort_heap(coll.begin(), coll.end());printElems(coll, "after sort_heap: ");

打印结果为：

after sort_heap: 1 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 17

完整的测试代码如下：

#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         using namespace std;template 
         
          void insertNums(T &t, int beg, int end){    while(beg <= end)    {        t.insert(t.end(), beg);        ++beg;    }    }template 
          
           void printElems(const T &t, const string &s = ""){ cout << s << endl; for(typename T::const_iterator it = t.begin(); it != t.end(); ++it) { cout << *it << " "; } cout << endl;}int main(int argc, char const *argv[]){ vector
           
             coll; insertNums(coll, 3, 7); insertNums(coll, 5, 9); insertNums(coll, 1, 4); printElems(coll, "all elements: "); //在这个范围内构造heap make_heap(coll.begin(), coll.end()); printElems(coll, "after make_heap: "); //将堆首放到最后一个位置，其余位置调整成堆 pop_heap(coll.begin(), coll.end()); coll.pop_back(); printElems(coll, "after pop_heap: "); coll.push_back(17); push_heap(coll.begin(), coll.end()); printElems(coll, "after push_heap: "); sort_heap(coll.begin(), coll.end()); printElems(coll, "after sort_heap: "); return 0;}

根据以上的算法，我们来实现标准库的优先级队列priority_queue，代码如下：

#ifndef PRIORITY_QUEUE_HPP#define PRIORITY_QUEUE_HPP#include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        template 
        
         ,           typename Compare = std::less
         
           >class PriorityQueue{public:    typedef typename Container::value_type value_type; //不用T    typedef typename Container::size_type size_type;    typedef Container container_type;    typedef value_type &reference;    typedef const value_type &const_reference;    PriorityQueue(const Compare& comp = Compare(),                  const Container& ctnr = Container());    template 
          
            PriorityQueue (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp = Compare(), const Container& ctnr = Container()); void push(const value_type &val) { cont_.push_back(val); //调整最后一个元素入堆 std::push_heap(cont_.begin(), cont_.end(), comp_); } void pop() { //第一个元素移出堆，放在最后 std::pop_heap(cont_.begin(), cont_.end(), comp_); cont_.pop_back(); } bool empty() const { return cont_.empty(); } size_type size() const { return cont_.size(); } const_reference top() const { return cont_.front(); }private: Compare comp_; //比较规则 Container cont_; //内部容器};template 
           
            PriorityQueue
            
             ::PriorityQueue(const Compare& comp, const Container& ctnr) :comp_(comp), cont_(ctnr){ std::make_heap(cont_.begin(), cont_.end(), comp_); //建堆}template 
             
              template 
              
               PriorityQueue
               
                ::PriorityQueue (InputIterator first, InputIterator last, const Compare& comp, const Container& ctnr) :comp_(comp), cont_(ctnr){ cont_.insert(cont_.end(), first, last); std::make_heap(cont_.begin(), cont_.end(), comp_);}#endif //PRIORITY_QUEUE_HPP

我们注意到：

1.优先级队列内部保存了排序规则，这与map和set是一致的。

2.前面我们提到heap算法除了make_heap之外，都必须保证之前是一个建好的heap，这里我们在构造函数中调用make_heap，保证了后面的各种heap算法都是合法的。

3.还有一点，如果T与容器的类型不一致，例如PriorityQueue<float, vector<int> >，那么我们的value_type优先采用int，毕竟我们操作的对象是容器。

测试代码如下：

#include "PriorityQueue.hpp"#include 
     
      using namespace std;int main(int argc, char const *argv[]){    PriorityQueue
      
        q;    q.push(66.6);    q.push(22.3);    q.push(44.4);    cout << q.top() << endl;    q.pop();    cout << q.top() << endl;    q.pop();    q.push(11.1);    q.push(55.5);    q.push(33.3);    q.pop();    while(!q.empty())    {        cout << q.top() << " ";        q.pop();    }    cout << endl;    return 0;}