C++中Priority_Queue模拟实现的代码示例

priority_queue概述

priority_queue定义
  • 优先级队列是不同于先进先出队列的另一种队列。每次从队列中取出的是具有最高优先权的元素。
priority_queue特点
  • 优先队列是一种容器适配器,首先要包含头文件 #include<queue>, 他和queue不同的就在于我们可以自定义其中数据的优先级, 让优先级高的排在队列前面,优先出队。
  • 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是大根堆。如果想让其生成小根堆,需要使用到仿函数或者Lambda表达式。
构造函数

由于priority_queue是一种容器适配器,适配的是vector,我们在vector中已经写过它的构造函数了。故priority_queue在此不需要多余的其他构造函数。

// 创造空的优先级队列
priority_queue():m_priority_queue()
{

}

template<class Iterator>
priority_queue(Iterator first, Iterator last)
	: m_priority_queue(first, last)
{
	// 将m_priority_queue中的元素调整成堆的结构
	int count = m_priority_queue.size();
	int root = ((count - 2) >> 1);
	for (; root >= 0; root--)
	AdjustDown(root);
}
修改相关函数
push

功能:push函数用来往堆中(尾部)插入一个元素,并向上调整成新的堆。

//向上调整
void AdjustUp(int child)
{
	int parent = (child-1)>>1;
	
	while (child > 0)
	{
		//其中c是一个对象,用该对象去调用仿函数来进行比较
		if (c(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]))
		{
			std::swap(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]);
			child = parent;
			parent = (child - 1) >> 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}

}

void push(const T& val)
{
	m_priority_queue.push_back(val);
	AdjustUp(m_priority_queue.size()-1);
}
pop

功能:pop函数弹出堆顶元素。具体步骤是:堆顶元素与最后一个数字进行交换位置。之后在进行尾删来删除堆顶。再重新向下调堆。

//向下调堆
void AdjustDown(int parent)
{
	int child = (parent << 1) + 1;
	int size = static_cast<int>(m_priority_queue.size());

	while (child< size)
	{
		if (child + 1 < size && c(m_priority_queue[child],m_priority_queue[child + 1]) )
		{
			++child;
		}

		if (c(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]))
		{
			std::swap(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]);
			parent = child;
			child = (parent << 1) + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

void pop()
{
	assert(!m_priority_queue.empty());

	std::swap(m_priority_queue[0], m_priority_queue[m_priority_queue.size()- 1]);
	m_priority_queue.pop_back();
	AdjustDown(0);
}
容量相关函数
size

功能:用来获取堆中的元素个数。

size_t size()	const
{
	return m_priority_queue.size();
}
empty

功能:用来判断堆中是否为空。

bool empty()	const
{
	return m_priority_queue.empty();
}
元素访问相关函数
top

功能:用来获取堆顶的元素。

T& top()
{
	return m_priority_queue.front();
}

const T& top()	const
{
	return m_priority_queue.front();
}
代码实现
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<vector>
#include<assert.h>
namespace ZJ
{
	template<class T>
	class less
	{
	public:
		bool operator() (const T& x, const T& y) const
		{
			return x < y;
		}
	};

	template<class T>
	class greater
	{
	public:
		bool operator() (const T& x, const T& y) const
		{
			return x > y;
		}
	};
	template<class T,class Container=std::vector<T>, class Compare = ZJ::less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		// 创造空的优先级队列
		priority_queue():m_priority_queue()
		{

		}

		template<class Iterator>
		priority_queue(Iterator first, Iterator last)
			: m_priority_queue(first, last)
		{
			// 将m_priority_queue中的元素调整成堆的结构
			int count = m_priority_queue.size();
			int root = ((count - 2) >> 1);
			for (; root >= 0; root--)
			AdjustDown(root);
		}
	public:

		//向上调整
		void AdjustUp(int child)
		{
			int parent = (child-1)>>1;
			
			while (child > 0)
			{
				if (c(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]))
				{
					std::swap(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) >> 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}

		}
		void push(const T& val)
		{
			m_priority_queue.push_back(val);
			AdjustUp(m_priority_queue.size()-1);
		}

		void AdjustDown(int parent)
		{
			int child = (parent << 1) + 1;
			int size = static_cast<int>(m_priority_queue.size());

			while (child< size)
			{
				if (child + 1 < size && c(m_priority_queue[child],m_priority_queue[child + 1]) )
				{
					++child;
				}

				if (c(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]))
				{
					std::swap(m_priority_queue[parent], m_priority_queue[child]);
					parent = child;
					child = (parent << 1) + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void pop()
		{
			assert(!m_priority_queue.empty());

			std::swap(m_priority_queue[0], m_priority_queue[m_priority_queue.size()- 1]);
			m_priority_queue.pop_back();
			AdjustDown(0);
		}

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

		T& top()
		{
			return m_priority_queue.front();
		}

		const T& top()	const
		{
			return m_priority_queue.front();
		}

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

	private:
		Container m_priority_queue;
		Compare c;
	};
}
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