STL源码笔记（15）—堆和优先级队列

优先级队列的源码实现基于heap的操作，底层容器默认是vector。

优先级队列简介

优先级队列跟队列类似，一端插入一端删除，不同的是，优先级队列的元素入队后会根据其优先级进行调整，默认情况下优先级高的将优先出队，在SGI STL中，优先级队列的功能保证由heap实现：stl_heap.h中，heap的分析见：STL堆源码分析

优先级队列构造函数

默认情况下，优先级队列使用vector作为底层容器，使用less作为比较函数，其在源码中的定义声明如下：

template <class _Tp, 
          class _Sequence __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(vector<_Tp>),
          class _Compare
          __STL_DEPENDENT_DEFAULT_TMPL(less<typename _Sequence::value_type>) >
class priority_queue {
//1.default construct
 priority_queue() : c() {}
 //2.以特定比较函数构造，空的容器
  explicit priority_queue(const _Compare& __x) :  c(), comp(__x) {}
  //3.以特定比较函数和特定容器构造
  priority_queue(const _Compare& __x, const _Sequence& __s) 
    : c(__s), comp(__x) 
    { make_heap(c.begin(), c.end(), comp); }//这里make_heap类似于堆排序中的建堆操作
};

根据上述定义，如果要使用其他的比较函数，则必须进行如下声明：

class mycmp1
{
public:
    mycmp1(){}
    bool operator()(const int &a, const int &b)
    {
        return a < b;
    }
};
int main()
{
    vector<int>a = { 1, 2, 3 };
    priority_queue<int,vector<int>, mycmp1>pq;//方式1
    priority_queue<int,vector<int>, mycmp1>pq1(mycmp1::mycmp1());//方式2
    priority_queue<int,vector<int>, mycmp1>pq2(mycmp1::mycmp1(),a);//方式3
}

上述声明过程模板实参必不可少。

优先级队列操作

empty
Test whether container is empty (public member function )

size
Return size (public member function )

top
Access top element (public member function )

push
Insert element (public member function )

pop
Remove top element (public member function )

有了heap的操作，上述实现就十分简单了：

bool empty() const { return c.empty(); }//直接调用底层容器
size_type size() const { return c.size(); }//直接调用底层容器
const_reference top() const { return c.front(); }//直接调用底层容器

void push(const value_type& __x) {
    __STL_TRY {
      c.push_back(__x); //先在尾部插入元素
      push_heap(c.begin(), c.end(), comp);//再对该元素进行入堆操作
    }
    __STL_UNWIND(c.clear());
  }
  void pop() {
    __STL_TRY {
      pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);//出堆只是将堆顶元素放到最后
      c.pop_back();//将最后的原堆顶元素弹出
    }
    __STL_UNWIND(c.clear());
  }
};

优先级队列应用

前两天刷leetcode就有碰到用优先级队列解决的问题：LeetCode347—Top K Frequent Elements

另外，如果我们要求说是优先级队列要按class中的某个成员变量来进行优先级判定，例如，经典的就是学生3门课成绩优先看数学。

class score
{
    int math;
    int chinese;
    int english;
public:
    score(){}
    void print()
    {
        cout << math << " " << chinese << " " << english << " " << endl;
    }
    score(int a, int b, int c)
    {
        math = a;
        chinese = b;
        english = c;
    }
    bool cmp2(const score&sc)
    {
        return math < sc.math;
    }
};
class mycmp2
{
public:
    mycmp2(){}
    bool operator() (score&sc1, score&sc2)
    {
        return sc1.cmp2(sc2);
    }
};
int main()
{
    vector<score>vec;
    score a(2,0,0);
    score b(1, 0, 0);
    score c(3,0,0);
    vec.push_back(a);
    vec.push_back(b);
    vec.push_back(c);
    priority_queue<score, vector<score>, mycmp2>pq(mycmp2::mycmp2(),vec);
    while (!pq.empty())
    {
        pq.top().print();
        pq.pop();
    }
    system("pause");
    return 0;
}

结果显示为：