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C++ STL -＞priority_queue(优先级队列)

2026/8/4 5:37:03 拓冰建站 浏览量
C++ STL -＞priority_queue(优先级队列)

文章目录

  • priority_queue的使用
    • priority_queue建小堆
  • priority_queue模拟实现
    • empty
    • size
    • top
    • push
      • 仿函数
    • pop
    • 参考源码

优先级队列：
priority_queue文档

  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。

image.png

默认情况下priority_queue是大堆

int main()
{vector<int> v{3,1,56,7,9,5,2,58,79,};priority_queue<int> mypq;//将vector中的数据依次入队列for (auto& e : v){mypq.push(e);}//mypq中的数据已经是有序的了while (!mypq.empty()) {cout << mypq.top() << ' ';mypq.pop();}return 0;
}

运行结果：

image.png

priority_queue建小堆

默认情况下priority_queue是大堆，如果需要小堆，就需要用到仿函数

priority_queue类原型

template <class T, class Container = vector<T>,class Compare = less<typename Container::value_type> > class priority_queue;
  • 第一个模板参数是数据类型(int,double、char等)
  • 第二个参数是底层容器，默认是vector，也可以是list等
  • 第三个参数就是仿函数 默认缺省值是less(大堆)，小堆的仿函数是greator

image.png

int main()
{vector<int> v{ 3,1,56,7,9,5,2,58,79, };//建小堆，第二个模板参数也必须要传，因为c++语法规定，半缺省参数必须从右向左依次给 不能间隔着给priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> mypq;//将vector中的数据依次入队列for (auto& e : v){mypq.push(e);}//mypq中的数据已经是有序的了while (!mypq.empty()){cout << mypq.top() << ' ';mypq.pop();}return 0;
}

运行结果：

image.png

注意： 如果priority_queue中放的是自定义类型，那么自定义类要重载> 或者 < 操作符
比如 一个日期类

class Date
{
public:Date(int year = 1, 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);}//  << 操作符是双操作数，成员函数有个默认的this指针，写为成员函数操作数就有三个了，所以要写在类外面//  <<操作符需要访问类的私有成员，声明为Date类的朋友就可以访问了//  << 返回ostream&是因为支持连续访问friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
private:int _year;int _month;int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return _cout;
}
int main()
{//priority_queue存放自定义类型，自定义类型需要重载 < 或者 >运算符priority_queue<Date> datepq;datepq.push(Date(2023, 01, 26));datepq.push(Date(2024, 02, 26));datepq.push(Date(2023, 01, 21));datepq.push(Date(2021, 01, 26));while (!datepq.empty()) {//自定义类型需要重载<<运算符cout << datepq.top() << endl;datepq.pop();}return 0;
}

力扣上的一道oj题，使用priority_queue来解决
题目链接：215. 数组中的第K个最大元素 - 力扣（LeetCode）

题目很简单就是返回数组中第k大的元素。
思路：将数组中的数据push到优先级队列中，然后pop ，k-1次即可

class Solution {
public:int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {priority_queue<int> srotpq;for(auto &e : nums){srotpq.push(e);}for(int i =0 ; i < k-1 ; ++i){srotpq.pop();}return srotpq.top();}
};

这样解是没问题的，但是面试要是这样直接用STL库的话，容易回去等通知。因为面试主要考察的是用堆解决这个问题，而不是直接使用STL容器。下面就模拟实现一下STL中优先级队列建堆的过程。

priority_queue模拟实现

priority_queue类定义

namespace ding
{//第一个模板参数数元素类型，第二个数底层容器，第三个是仿函数，主要用来判断建大堆还是建小堆template <class T ,class Container = vector<T>,class Compare = less<T>>class priority_queue{public:bool empty();//判空size_t size();//队列中元素个数T top();//取队头元素void push(const T& val);//入队列void pop();//出队列private:Container _con;//底层容器 默认是vector}; 
}

empty

判断容器适配器是否为空，直接判断底层容器是否为空即可

bool empty() const
{return _con.empty();
}

size

返回适配器元素个数，直接返回底层容器元素个数即可

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

top

返回队头元素，直接返回底层容器的第一个元素即可

T top() const
{return _con.front();
}

push

入队列，入完队列要经过堆排序算法确定元素的最终位置

比如 队列中已有元素【9，7，6，4】
image.png
push 13 之后
image.png
再继续push 8

image.png

void adjust_up(int child)
{int parent = (child - 1) / 2; //找父结点while (child > 0) {if (_con[child] > _con[parent]){swap(_con[child], _com[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}
}
void push(const T& val)
{_con.push_back(val);//入队列adjust_up(_con.size()-1);//向上调整建堆
}

如果向上调整算法这样写，建小堆只能改代码。 解决这个问题，这里就用到了第三个模板参数 仿函数

仿函数

  • 仿函数就是一个类中重载()运算符即可。
  • 这样对象的调用方式就和函数的调用方式一样 一个是类名+(),一个是函数名+()。
  • 这也是叫仿函数的原因。
//大堆传less
template<class	T>
struct less
{//lhs左操作数  rhs右操作数bool operator()(const T& lhs, const T& rhs){return lhs < rhs;}
};

//小堆传greater
template<class	T>
struct greater
{//lhs左操作数  rhs右操作数bool operator()(const T& lhs, const T& rhs){return lhs > rhs;}
};

使用仿函数和模板参数后的建堆算法如下

void adjust_up(int child)
{Compare _cmp;//仿函数对象(可以写为类的成员变量)int parent = (child - 1) / 2;while (child > 0){if(_cmp(_con[parent],_con[child]))//仿函数对象调用()运算符进行比较{swap(_con[parent], _con[child]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}
}

pop

  • 为了使出完队列内的数据仍然是堆的结构，需要在出队列之前先交换一下第一个和最后一个元素，再尾删最后一个。
  • 如果直接头删第一个结点的话，堆的结构就被破坏了
  • 删完之后，从根节点再进行一次调整的算法让队列中的数据仍然保持堆的结构。
    以大堆位列
    比如已有数据为：

image.png
pop之前先交换

image.png
再尾删最后一个变为

image.png
这样不是堆的结构，从根节点向下调整使成为堆

向下调整 让左后孩子大的那一个和根节点进行交换 变为

image.png
还不是堆的结构 继续向下调整

image.png
这样就是堆的结构了

void adjust_down(size_t parent) 
{size_t child = parent * 2 + 1;while (child < size()){Compare _com;//实例化一个对象，让对象去调用()重载if (child + 1  < 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;}}
}
// pop最大的 使剩下的元素继续保持堆得性质
void pop() 
{//交换第一个和最后一个std::swap(_con[0],_con[size()-1]);_con.pop_back();//向下调整建堆（从根结点向下调整）adjust_down(0);}

参考源码

  • gitee STL优先级队列模拟实现