【C++】—— priority_queue 与仿函数
1 priority_queue 介绍2 priority_queue 的使用2.1 priority_queue 的函数接口2.2 priority_queue 的使用 3 仿函数3.1 什么是仿函数3.2 仿函数的应用 4 需自己写仿函数的情况4.1 类类型不支持比较大小4.2 类中支持的比较方式不是我们想要的 5 priority_queue 的模拟实现
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
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 |
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;}elsebreak;}}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
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; };}
好啦，本期关于 priority_queue 与仿函数 的知识就介绍到这里啦，希望本期博客能对你有所帮助。同时，如果有错误的地方请多多指正，让我们在 C++ 的学习路上一起进步！