目录

一、queue的简介

二、queue的模拟实现

三、priority_queue的简介

四、仿函数

五、priority_queue的模拟实现

一、queue的简介

1. 队列是一种容器适配器，专门用于在FIFO上下文(先进先出)中操作，其中从容器一端插入元素，另一端提取元素。

2. 队列作为容器适配器实现，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。元素从队尾入队列，从队头出队列。

3. 底层容器可以是标准容器类模板之一，也可以是其他专门设计的容器类。该底层容器应至少支持以下操作:
empty：检测队列是否为空
size：返回队列中有效元素的个数
front：返回队头元素的引用
back：返回队尾元素的引用
push_back：在队列尾部入队列
pop_front：在队列头部出队列

4. 标准容器类deque和list满足了这些要求。默认情况下，如果没有为queue实例化指定容器类，则使用标准容器deque。

测试代码

void test_queue()
{
    queue<int> q;
    q.push(1);
    q.push(2);
    q.push(3);
    q.push(4);
    q.push(5);

    while(!q.empty())
    {
        cout<<q.front()<<endl;
        q.pop();
    }
}

二、queue的模拟实现

与上一篇stack的博文一样，我们此处不再手搓写queue，而是复用已有的代码。同时我们在上一篇博文中已经介绍过适配器的概念，这里我们不再做解释

C++【STL】【stack类的使用】【stack类的模拟实现】_桜キャンドル淵的博客-CSDN博客

想要手搓queue可以参考这篇博文 

 队列的实现（c语言数据结构）_桜キャンドル淵的博客-CSDN博客

namespace zhuyuan
{
    //加入Container模板参数
    //我们的STL底层默认是用deque，也就是双端队列实现的。
    //支持头插头删，也支持随机访问
    //像是vector和list的合集
    template<class T,class Container=deque<T>>
    class queue
    {
    public:
        void push(const T&x)
        {
            _con.push_back(x);
        }
        void pop()
        {
            _con.pop_front();
        }
        T& back()
        {
            //访问尾部的数据.back()
            return _con.back();
        }
        T& front()
        {
            //访问尾部的数据.back()
            return _con.front();
        }
        const T& back() const
        {
            //访问尾部的数据.back()
            return _con.back();
        }
        const T& front() const
        {
            //访问尾部的数据.back()
            return _con.front();
        }

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

    private:
        //封装一个vector
//        vector<T> _con;
        //任何的类型模板，主要满足上面的那些条件(push等等功能)，就可以变成container

        Container _con;
    };
}
#endif //STACK_QUEUETEST_QUEUE_H

三、priority_queue的简介

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。

 也就是说priority_queue其实就是一个堆

测试代码 

void test_priority_queue()
{
    //默认大的优先级高
    priority_queue<int> pq;
    pq.push(3);
    pq.push(1);
    pq.push(2);
    pq.push(5);
    pq.push(7);
    pq.push(0);
    pq.push(3);
    //不支持迭代器遍历，这里我们让其逐个出堆，得到顺序
    while(!pq.empty())
    {
        cout<<pq.top()<<" ";
        pq.pop();
    }
    cout<<endl;

    //用一段区间去初始化
    int a[]={3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
    //设置greater让其变成一个小根堆
    //设置less让其变成一个大根堆
    priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> heap(a,a+sizeof (a)/sizeof(int));

    while(!heap.empty())
    {
        cout<<heap.top()<<" ";
        heap.pop();
    }
    cout<<endl;
}

可以知道默认是一个大根堆，也就是说参数是less

四、仿函数

就像上面的测试代码中的一样，如果我们想要实现一个大根堆，就在构造的时候传入参数less<T>，如果我们想要构建一个小根堆的话，就在构造的时候传入参数greater<T>，我们如何才能模拟实现这个功能呢？

在下面的代码中我们就创建了两个仿函数分别为less和greater（其实就是两个类）

less在l<r的时候返回1，greater在l>r的时候返回1

其中我们都是用operator()()来重载的。

仿函数的目的就是让类对象能够像函数一样去被使用！

//仿函数/函数对象 —类，重载operator()
//类对象可以像函数一样去使用
namespace zhuyuan
{

    template<class T>
    class less{
        public:
        bool operator()(const T&l,const int & r) const
        {
            return l<r;
        }
    };
    template<class T>
    class greater{
    public:
        bool operator()(const T&l,const int & r) const
        {
            return l>r;
        }
    };
}

测试代码 

int main() {
    zhuyuan::less<int> lsFunc;
    cout<<lsFunc(1,2)<<endl;
//    等价于下面
    cout<<lsFunc.operator()(1,2)<<endl;

    zhuyuan::greater<int> gtFunc;
    cout<<gtFunc(1,2)<<endl;
//    等价于下面
    cout<<gtFunc.operator()(1,2)<<endl;
    return 0;
}

五、priority_queue的模拟实现

与堆相关的知识还可以参考

堆和堆排序的实现（C语言数据结构）_桜キャンドル淵的博客-CSDN博客

#ifndef STACK_QUEUETEST_PRIORITYQUEUE_H
#define STACK_QUEUETEST_PRIORITYQUEUE_H
#pragma once
namespace zhuyuan
{
    //大堆
    //ComPare是一个进行比较的仿函数 less ->大堆
    //ComPare是一个进行比较的仿函数 greater ->小堆
    template<class T,class Container=vector<T>,class ComPare=std::less<T>>
    class priority_queue
    {
    public:
        priority_queue()
        {

        }
//使用迭代器进行范围拷贝构造
        template <class InputIterator>
        priority_queue(InputIterator first ,InputIterator last)
        {
            while(first!=last)
            {
                _con.push_back(*first);
                ++first;
            }
//第一个-1因为数组下表从0开始，再-1然后/2是为了找到叶子结点的上面那一层的最后一个结点
            for(int i=(_con.size()-1-1)/2;i>=0;--i)
            {
//挨个向下调整
                adjust_down(i);
            }
        }
        void adjust_up(size_t child)
        {
            ComPare com;
            size_t parent=(child-1)/2;
            //当孩子结点还没有被换到根节点的时候不断进行循环
            //logN
            while(child>0)
            {
//由于我们默认的仿函数是less，所以我们需要调整为<，也就是小于号
//                if(_con[child]>_con[parent])
//                if(_con[parent]<_con[child])
                if(com(_con[parent],_con[child]))
                {
                    std:swap(_con[child],_con[parent]);
                    child=parent;
                    parent=(child-1)/2;
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
        }

        void push(const T& x)
        {
            _con.push_back(x);
//向上调整
            adjust_up(_con.size()-1);
        }


        //最多向下调整logN次
        void adjust_down(size_t parent)
        {
//创建仿函数
            ComPare com;
            size_t child=parent*2 +1;
            while(child<_con.size())
            {
                //选出左右孩子中大的那一个
//                if(child+1<_con.size()&&_con[child+1]>_con[child])
//                if(child+1<_con.size()&&_con[child]<_con[child+1])
                if(child+1<_con.size()&&com(_con[child],_con[child+1]))
                {
                    ++child;
                }
//                if(_con[child]>_con[parent])
//                if(_con[parent]<_con[child])
                if(com(_con[parent],_con[child]))
                {
                    std:swap(_con[child],_con[parent]);
                    parent=child;
                    child=parent*2+1;
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
        }
        //；支持删除堆顶的数据
        void pop()
        {
            std::swap(_con[0],_con[_con.size()-1]);
            _con.pop_back();
            //从根开始调整
            adjust_down(0);
        }
    
        //取出栈顶元素
        const T& top()
        {
            return _con[0];
        }
        //判断是否为空
        bool empty() const
        {
            return _con.empty();
        }
        //判断大小
        size_t size() const
        {
            return _con.size();
        }
    private:
        Container _con;
    };
}
#endif //STACK_QUEUETEST_PRIORITYQUEUE_H

测试代码

void test_mypriority_queue()
{
    //默认大的优先级高
//    std::priority_queue<int> pq(std::less<int>());
    zhuyuan:priority_queue<int> pq;
    pq.push(3);
    pq.push(1);
    pq.push(2);
    pq.push(5);
    pq.push(7);
    pq.push(0);
    pq.push(3);
    //不支持迭代器遍历
    while(!pq.empty())
    {
        cout<<pq.top()<<" ";
        pq.pop();
    }
    cout<<endl;

    //用一段区间去初始化
    int a[]={3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
    //设置greater让其变成一个小堆
    zhuyuan::priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> heap(a,a+sizeof (a)/sizeof(int));

    while(!heap.empty())
    {
        cout<<heap.top()<<" ";
        heap.pop();
    }
    cout<<endl;
}

【LeetCode】【数组中的第K个最大元素】_桜キャンドル淵的博客-CSDN博客