C++中的优先级队列priority_queue和双端队列deque用法详解

C++中的优先级队列priority_queue和双端队列deque用法详解

文章目录

• C++中的优先级队列priority_queue和双端队列deque用法详解
• • [1. priority_queue](#1. priority_queue)
  • • [1.1 一个基本的示例：](#1.1 一个基本的示例：)
    • [1.2 使用pair的示例](#1.2 使用pair的示例)
  • [2. deque](#2. deque)
  • Reference

1. priority_queue

使用优先级队列需要包含头文件#include <queue>，优先级队列priority_queue的使用和普通的队列非常类似，只不过优先级队列的底层实现是Heap能够对队列中的元素进行排序，我们可以让大的元素排在前面或者让小的元素排在前面

• top 访问队头元素
• empty 队列是否为空
• size 返回队列内元素个数
• push 插入元素到队尾 (并排序)
• emplace 原地构造一个元素并插入队列
• pop 弹出队头元素
• swap 交换内容

优先级队列的定义：priority_queue<Type, Container, Functional>

• Type 指定数据类型
• Container 指定容器，一般默认是vector
• Functional 需要包含头文件#include <functional>，可以使用std::greater或者std::less来指定比较的方式，如果使用std::greater就指定了小顶堆，队首保留最小的元素（升序排列），如果使用std::less就指定了大顶堆，队首保留最大的元素（降序排列）

#include <queue>
#include <vector>
#include <functional>
// 定义一个小顶堆minHeap
std::priority_queue <int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;
// 定义一个大顶堆maxHeap
std::priority_queue <int, std::vector<int>, std::less<int>> maxHeap;

1.1 一个基本的示例：

#include <iostream>
#include <queue>
#include <functional>

int main() {
    // 小顶堆，队首是最小元素
    std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap;
    minHeap.push(3);
    minHeap.push(1);
    minHeap.push(2);

    std::cout << "Top of minHeap: " << minHeap.top() << std::endl;  // 输出 1

    // 大顶堆，队首是最大元素
    std::priority_queue<int> maxHeap;
    maxHeap.push(3);
    maxHeap.push(1);
    maxHeap.push(2);

    std::cout << "Top of maxHeap: " << maxHeap.top() << std::endl;  // 输出 3

    return 0;
}

输出

Top of minHeap: 1
Top of maxHeap: 3

1.2 使用pair的示例

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
#include <functional>

int main() {
    // 定义一个小顶堆，基于 pair 的第一个元素进行排序
    std::priority_queue<std::pair<int, int>, std::vector<std::pair<int, int>>, std::greater<std::pair<int, int>>> minHeap;
    // 插入一些 pair
    minHeap.push({3, 100});
    minHeap.push({1, 200});
    minHeap.push({2, 300});
    // 获取并输出堆顶元素
    std::pair<int, int> top = minHeap.top();
    std::cout << "Top of minHeap: (" << top.first << ", " << top.second << ")" << std::endl;  // 输出 (1, 200)
    // 弹出堆顶元素
    minHeap.pop();
    // 再次获取并输出堆顶元素
    top = minHeap.top();
    std::cout << "Top of minHeap after pop: (" << top.first << ", " << top.second << ")" << std::endl;  // 输出 (2, 300)
    return 0;
}

输出

Top of minHeap: (1, 200)
Top of minHeap after pop: (2, 300)

2. deque

deque 是双端队列（Double-Ended Queue），支持在两端进行高效的插入和删除操作。与 std::vector 类似，它也提供了随机访问功能，但与 vector 不同的是，deque 可以在头部和尾部都进行高效的插入和删除。

• push_back()：在队列尾部添加元素。
• push_front()：在队列头部添加元素。
• pop_back()：移除队列尾部的元素。
• pop_front()：移除队列头部的元素。
• front()：访问队列头部的元素。
• back()：访问队列尾部的元素。
• at(index)：访问指定位置的元素。
• operator\[\]：随机访问指定位置的元素。
• size()：返回队列中的元素个数。
• empty()：检查队列是否为空。
• clear()：移除所有元素，使 deque 为空。
• insert(pos, value)：在指定位置插入元素。
• erase(pos)：移除指定位置的元素。
• resize()：调整 deque 的大小。

一个使用示例：

#include <iostream>
#include <deque>

int main() {
    // 创建一个空的 deque 容器
    std::deque<int> dq;
    // 在队列尾部添加元素
    dq.push_back(10);
    dq.push_back(20);
    dq.push_back(30);
    // 在队列头部添加元素
    dq.push_front(5);
    dq.push_front(1);
    // 输出 deque 中的所有元素
    std::cout << "Elements in deque: ";
    for(int i : dq) {
        std::cout << i << " ";  // 输出 1 5 10 20 30
    }
    std::cout << std::endl;
    // 访问头部和尾部的元素
    std::cout << "Front element: " << dq.front() << std::endl;  // 输出 1
    std::cout << "Back element: " << dq.back() << std::endl;    // 输出 30
    // 使用 `at()` 方法和 `operator[]` 访问元素
    std::cout << "Element at index 2: " << dq.at(2) << std::endl;  // 输出 10
    std::cout << "Element at index 3: " << dq[3] << std::endl;     // 输出 20
    // 移除队列头部和尾部的元素
    dq.pop_front();
    dq.pop_back();
    // 输出移除后的元素
    std::cout << "Elements after pop: ";
    for(int i : dq) {
        std::cout << i << " ";  // 输出 5 10 20
    }
    std::cout << std::endl;
    // 检查大小和是否为空
    std::cout << "Size of deque: " << dq.size() << std::endl;  // 输出 3
    std::cout << "Is deque empty? " << (dq.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;  // 输出 No
    // 清空 deque
    dq.clear();
    std::cout << "Deque cleared. Is deque empty? " << (dq.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl;  // 输出 Yes
    return 0;
}

输出

Elements in deque: 1 5 10 20 30
Front element: 1
Back element: 30
Element at index 2: 10
Element at index 3: 20
Elements after pop: 5 10 20
Size of deque: 3
Is deque empty? No
Deque cleared. Is deque empty? Yes

Reference

Microsoft C++ queue
std::priority_queue
c++优先队列(priority_queue)用法详解