C++中priority_queue与仿函数实现方法
作者：9毫米的幻想
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
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：
| 函数名 | 检测容器是否为空 |
|---|---|
| e m p t y empty empty() | 检测容器是否为空 |
| s i z e size size() | 返回容器中有效元素个数 |
| f r o n t front front() | 返回容器中第一个元素的引用 |
| p u s h push push_ b a c k back back() | 在容器尾部插入数据 |
| p o p pop pop_ b a c k back back() | 删除容器尾部元素 |
- 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
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
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| p r i o r i t y priority priority_ q u e u e queue queue() | 构造一个空的优先级队列 |
| e m p t y empty empty() | 检测优先级队列是否为空，是返回 t r u e true true，否则返回 f a l s e false false |
| t o p top top() | 返回优先级队列中最大（最小）元素，即堆定元素 |
| p u s h push push( x x x) | 在优先级队列中插入元素 x x x |
| p o p pop pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
2.2 priority_queue 的使用
优先级队列一个有三个模板参数：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
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
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
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;
};
}
总结
到此这篇关于C++中priority_queue与仿函数实现方法的文章就介绍到这了,更多相关C++ priority_queue与仿函数内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！