这篇文章将深入探讨优先队列的工作原理，并详细讲解仿函数在其优化过程中的应用。
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文章目录
- 一、优先级队列
-
- [1.1 优先级队列介绍](#1.1 优先级队列介绍)
- [1.2 优先级队列使用](#1.2 优先级队列使用)
- [1.3 小补充:priority_queue类提供的仿函数](#1.3 小补充:priority_queue类提供的仿函数)
- 二、仿函数
-
- [2.1 仿函数概念](#2.1 仿函数概念)
- [2.2 仿函数访问限定符](#2.2 仿函数访问限定符)
- [2.3 仿函数相较于普通函数优势](#2.3 仿函数相较于普通函数优势)
- [2.4 当T为指针类型](#2.4 当T为指针类型)
- [2.5 仿函数解决实际问题](#2.5 仿函数解决实际问题)
- 三、反向迭代器
-
- [3.1 反向与正向迭代器不同点](#3.1 反向与正向迭代器不同点)
- 四、priority_queue.h
一、优先级队列
1.1 优先级队列介绍
优先级队列文档介绍\]([priority_queue - C++ Reference (cplusplus.com)](https://legacy.cplusplus.com/reference/queue/priority_queue/?kw=priority_queue))
> 1. **优先队列是一个容器适配器，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. 优先级队列已经不能称为队列，不符合FIFO特性拉
> 4. 优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定的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
> 5. 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是特定设计的容器类，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
>
> 6. 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
>
> 7. 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_head,push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
### 1.2 优先级队列使用
**优先级队列属于容器适配器，并跟堆具有是否相似的结构与功能，这里可以看成堆**。由于堆是通过完全二叉树进行搭建，优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，调用库中priority_queue类使用头文件
> 默认情况下priority_queue是大堆
```cpp
#pragma once
#include
#include
namespace bit
{
template
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template>
class priority_queue
{
public:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size()-1);
}
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (_con[parent] < _con[child])
{
std::swap(_con[child], _con[parent]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else
break;
}
}
void pop()
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size()-1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1]) child++;
if (_con[parent] < _con[child])
{
std::swap(_con[child], _con[parent]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
break;
}
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Containor _con;
};
void test()
{
priority_queue pq;
pq.push(3);
pq.push(2);
pq.push(2);
pq.push(110);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
}
}
```
以上就是建堆的逻辑，但是如果需要建小堆，需要去内部修改大于小于号，显得有些繁琐。**对此引用了一个类模板适应不同类型，对operator()函数进行运算符重载，作为控制比较逻辑，其中在外部进行开关的控制。**
> 问题:
>
> * 如果需要比较的逻辑，C语言中的sqort函数不行吗？
>
> 答:
>
> * C++不喜欢使用qsort函数，参数部分的函数指针显得很麻烦，C++喜欢使用类模板中的仿函数。
### 1.3 小补充:priority_queue类提供的仿函数
关于仿函数，库中已经实现好了greater和less仿函数可以直接使用，**priority_queue默认使用的是less建大堆**
## 二、仿函数
### 2.1 仿函数概念
**仿函数是通过类中运算符重载()实现特定的功能，通过使用匿名对象使用，它的对象可以想函数一样去使用，使得很难区分是调用函数还是调用匿名对象**
```cpp
Less lessfunc;
cout << lessfunc(1, 2) << endl;
cout << lessfunc.operator()(1, 2) << endl;
cout << Less()(1, 2) << endl;
```
**这里推荐使用第二种和第三种，为了提高代码的可读性**，第一种写法可能会引起歧义。
### 2.2 仿函数访问限定符
```cpp
template
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
```
**仿函数中数据是需要公开使用，对于可以通过strcut或将class访问权限设置为public**。仿函数/函数对象可以像函数一样去使用，\*\*但是本质是类调用运算符重载。\*\*那么为什么这么麻烦呢？直接写个函数不就行吗？还仿函数，听起来很牛逼哄哄呀！
### 2.3 仿函数相较于普通函数优势
虽然普通函数在大多数情况下足够，但仿函数提供了更强大的功能和灵活性。
> 仿函数的优势
>
> * 仿函数是模板编程的重要组成部分，可以与模板一起使用，实现泛型编程的目的。
> * **将逻辑和数据封装在一个类中，并且可以轻松调整或扩展仿函数的行为，而不需要改变其调用接口**
> * 仿函数可以将**复杂逻辑和数据封装在类对象中**，使得代码更加模块化和可维护，重点体现在封装。
> * 仿函数可以有成员变量，在不同的调用之间保持状态。
> * 每个仿函数都有不同的类去封装，也可以更好适应泛型编程，灵活地去调整
通过一个类来控制这里的比较逻辑，并且内置类型与自定义类型都支持这种做法。
### 2.4 当T为指针类型
```cpp
class Date
{
public:
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
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;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
```
```cpp
int main()
{
priority_queue , greater> pqptr;
pqptr.push(new Date(2024, 4, 14));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 11));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 15));
while (!pqptr.empty())
{
cout << *(pqptr.top()) << " ";
pqptr.pop();
}
cout << endl;
return 0;
}
```
**结果说明**：正如图中问题，多次运行出现的结果是不同的，导致这种情况的原因是因为地址的大小new出来是随机的，这里如果是单纯的比较大小，只是比较地址编号的大小，而不是比较日期的大小。这里没有对\*进行重载，对此需要单独写。
**解决措施**：
```cpp
class GteaterDate
{
public:
bool operator()(const Date* p1, const Date* p2)
{
return *p1 > *p2;
}
};
```
在类名实现比较指针的可调用函数对象（仿函数控制比较逻辑，控制任何比较）在优先级队列参数部分传递。
### 2.5 仿函数解决实际问题
**场景如下**:
假如我这里有一堆商品，我需要某个商品的排序，但是这里对于实际中需要排序的类型不止一种，那么如果需要看不同类型的排序，就需要修改，如何破局只有大于或者小于，但是总不能说"请稍等，程序员正在改代码"吧！对此需要使用仿函数的配合，模板帮我们控制的是类型不同的类型。
```cpp
struct Goods
{
string _name; // 名字
double _price; // 价格
int _evaluate; // 评价
Goods(const char* str, double price, int evaluate)
:_name(str)
, _price(price)
, _evaluate(evaluate)
{}
};
struct ComparePriceLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price < gr._price;
}
};
struct ComparePriceGreater
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._price > gr._price;
}
};
struct CompareEvaluateLess
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._evaluate < gr._evaluate;
}
};
struct CompareEvaluateGreater
{
bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr)
{
return gl._evaluate > gr._evaluate;
}
};
int main()
{
vector v = { { "苹果", 2.1, 5 }, { "香蕉", 3, 4 }, { "橙子", 2.2,
3 }, { "菠萝", 1.5, 4 } };
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());
sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());
sort(v.begin(), v.end(), CompareEvaluateLess());
sort(v.begin(), v.end(), CompareEvaluateGreater());
}
```
> 注意:有些容器是没有迭代器的，这样子话就会破坏某种特性，一般不提供
## 三、反向迭代器
> 反向迭代器本质是写一个反向迭代器的类模板，给编译器传不同的容器的正向迭代器实例化，编译器帮助我们实例化出各种容器的对应反向迭代器。
### 3.1 反向与正向迭代器不同点
从功能上是类似的，但是运算符重载++与--运算符行为相反的。
同时反向与迭代器起始位置和结束位置是相反的，库里面也是形成对称，但是不是绝对的，如果满足反向迭代器逻辑就行。
**思考**:
这里it.rbegin()指向的位置（it.end）是哨兵位的位置，我们不希望访问到哨兵位的位置
**解决办法**:
**需要注意**:
这里++不是正向迭代器++运算符重载的逻辑，而是--的逻辑，因为是反向迭代器。**这里是不支持tmp-1的，tmp是自定义类型，而没有-的运算符重载。**
## 四、priority_queue.h
```cpp
#pragma once
#include
#include
namespace bit
{
class Date
{
public:
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
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;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
template
class Less
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
template, class Compare = Less>
class priority_queue
{
public:
Compare _com;
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
adjust_up(_con.size() - 1);
}
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
//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 pop()
{
std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
child++;
//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;
}
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size()
{
return _con.size();
}
bool empty()
{
return _con.empty();
}
private:
Containor _con;
};
void test1()
{
priority_queue pq;
pq.push(3);
pq.push(2);
pq.push(2);
pq.push(110);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
}
class GteaterDate
{
public:
bool operator()(const Date* p1, const Date* p2)
{
return *p1 > *p2;
}
};
void test2()
{
priority_queue , GteaterDate> pqptr;
//priority_queue > pqptr;
pqptr.push(new Date(2024, 4, 14));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 11));
pqptr.push(new Date(2024, 4, 15));
while (!pqptr.empty())
{
cout << *(pqptr.top()) << " ";
pqptr.pop();
}
cout << endl;
}
}
```
*** ** * ** ***
**以上就是本篇文章的所有内容，在此感谢大家的观看！这里是店小二呀C++笔记，希望对你在学习C++语言旅途中有所帮助！**
