
话接上篇,本文将对优先级队列和迭代器进行详细讲解并模拟实现,其中优先级队列的实现涉及了仿函数等新的知识,因此本文难度会有所提升。
【本文目标】
priority_queue和reverse_iterator优先级队列其实就是我们先前学过的一个数据结构——堆 如有遗忘,一定要及时复习 【初探数据结构】二叉树的顺序结构——堆的实现详解(上下调整算法的时间复杂度分析) 【初探数据结构】堆的应用实例(堆排序与TopK问题)
优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器,在vector上又使用了堆算法将vector中元素构造成堆的结构,因此priority_queue就是堆,所有需要用到堆的场景,都可以考虑使用priority_queue。
使用时需要包头文件:#include <queue>
注意:默认情况下priority_queue是大堆。
那么如何控制成小堆呢? 这里就需要仿函数的功效了,这里先不解释,知道这是仿函数就行: priority_queue有3个模板参数: 数据类型+容器+仿函数
template<T, vector<T>, less<T>>这里仿函数有两个:
less:默认仿函数,大堆greater:小堆控制小堆示例:
#include <vector>
#include <queue>
// greater算法的头文件
#include <functional>
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下,创建的是大堆,其底层按照小于号比较
vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
priority_queue<int> q1;
for (auto& e : v)
q1.push(e);
cout << "堆顶为:" << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆,将第三个模板参数换成greater比较方式
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
cout << "堆顶为:"<< q2.top() << endl;
}运行结果:
堆顶为:9 堆顶为:0
常用接口:
函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
priority_queue() | 构造一个空的优先级队列 |
priority_queue(first,last) | 迭代构造一个优先级队列 |
empty( ) | 检测优先级队列是否为空,是返回true,否则返回false |
top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素),即堆顶元素 |
push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素,即堆顶元素 |
特别注意:如果在priority_queue中放自定义类型的数据,用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
因为这里的仿函数是基于>和<操作符来实现的,如果没有,就会报错。
首先,不难确定,成员变量只有一个:
Container _con;核心思路:

void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
//向下调整
AdjustDown(0);
}重难点在于向下调整算法的实现
核心思路:

大堆代码实现
void AdjustDown(int parent)
{
//假设左孩子更大
int child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
//右孩子存在且比左孩子大,就指向右孩子
if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
{
++child;
}
//父节点小于孩子节点就交换
if (_con[parent] < _con[child])
{
swap(_con[parent], _con[child]);
}
else
{
break;
}
//更新下标,为下一轮循环做准备
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
}那么,如果我们要实现小堆,又要写一份几乎一样的代码吗?我们来看看仿函数是怎么解决的!
什么是仿函数?
在 C++ 中,仿函数(Functor) 是一种行为类似函数的对象(也称为函数对象,Function Object)。它通过重载函数调用运算符 operator() 实现,使得类的实例可以像普通函数一样被调用。
operator()class MyFunctor {
public:
// 重载函数调用运算符
return_type operator()(参数列表) const {
// 实现逻辑
}
};控制大小堆的本质:就是控制父子节点的比较方式。
代码实现:
//仿函数
//控制实例化大小堆
//大堆
template<class T>
class Less
{
public:
bool operator()(const T& a, const T& b)
{
return a < b;
}
};
//小堆
template<class T>
class Greater
{
public:
bool operator()(const T& a, const T& b)
{
return a > b;
}
};这样一来,只要我们利用模板控制调用函数,就可以实现复用功能了:
namespace zhh
{
template <class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T> >//设定默认大堆
class priority_queue
{
private:
void AdjustDown(int parent)
{
Compare _com;
int child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && _com(_con[child], _con[child + 1]))
{
++child;
}
if (_com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
}
else
{
break;
}
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
}
private:
Container _con;
};有没有发现,仿函数和C语言中的函数指针功能十分相似。取其精华去其糟粕,优化了函数指针的复杂性,加强了可用性。
仿函数 vs 函数指针

这个很简单 核心思路:
void push(const T& x)
{
_con.push_back(x);
//向上调整
AdjustUp(_con.size() - 1);
}向上调整算法
核心思路:
代码实现:
void AdjustUp(int child)
{
Compare _com;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (_com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
}
else
{
break;
}
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
}这里无参构造、拷贝构造、析构函数、迭代器均无需实现,因为内置类型无需这些,而自定义类型调用自己的构造函数和析构函数以及迭代器。
需要实现的是,迭代构造,这其实就是一个建堆的过程:
//[first, last)
template <class InputIterator>
priority_queue(InputIterator first, InputIterator last)
:_con(first, last)
{
//(_con.size() - 1 - 1)/2计算父亲节点的下标
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
{
AdjustDown(i);
}
}需要注意的是,向下调整的时间复杂度(N)是比向上调整的时间复杂度(NlogN)要低的,因此向下调整建堆的效率更高。
这是我模拟实现的源码
初见反向迭代器,你可能会觉得很简单:
不就是把++重载为--,--重载为++,begin与end交换一下位置不就好了嘛?
确实思想很简单,但是看你如何实现了。 没错,可以利用适配器,很好的复用iterator的代码,让代码简短无比,我们一起来看看吧!
在 C++ 中,反向迭代器(Reverse Iterator) 是一种适配器,它允许以相反的顺序遍历容器(从容器的末尾向开头移动)。它是标准库的重要组成部分,定义在 <iterator> 头文件中,为所有支持双向迭代器的容器(如 vector, deque, list, set, map 等)提供反向遍历能力。
核心特性
++ 操作:向容器开头移动(相当于普通迭代器的 --)-- 操作:向容器末尾移动(相当于普通迭代器的 ++)
反向迭代器与正向迭代器具有对称关系,以此来确定rbegin和rend指向的位置:
vector:

list:

用法和正向迭代器差不多:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator> // 包含 reverse_iterator
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 获取反向迭代器
auto rbegin = vec.rbegin(); // 指向最后一个元素
auto rend = vec.rend(); // 指向第一个元素之前的位置
// 反向遍历
for (auto rit = rbegin; rit != rend; ++rit) {
std::cout << *rit << " ";
}
// 输出:5 4 3 2 1
return 0;
}成员变量:正向迭代器 配置接口与正向相同
核心思想:复用
解引用*和->重载:
注意:解引用的是rit所指向的前一个位置
因为rit是从rbegin开始的,rbegin指向的位置是最后一个元素的后一个位置。
T& operator*()
{
Iterator tmp = _it;
return *--tmp;
}operator->()直接对解引用后的值取地址即可
T* operator->()
{
return &(operator*());
}完整代码:
#pragma once
namespace zhh
{
// 适配器 -- 复用
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{
typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
Iterator _it;
Reverse_iterator(const Iterator& it)
:_it(it)
{ }
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _it;
return *--tmp;
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Iterator tmp = _it;
--_it;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self operator--(int)
{
Iterator tmp = _it;
++_it;
return tmp;
}
bool operator==(const Self& s)
{
return _it == s._it;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _it != s._it;
}
};
}我们一起来给我们之前实现的list和vector配置一下吧!
老样子,带上模板的名字太长了,我们了typedef一下:
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;rbegin()和rend()接口实现:
由我们之前提到的正反迭代器镜像对称关系: rbegin就是end,rend就是begin 可以复用:
reverse_iterator rbegin()
{
return reverse_iterator(end());
}
reverse_iterator rend()
{
return reverse_iterator(begin());
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return const_reverse_iterator(end());
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return const_reverse_iterator(begin());
}这样就配置好了,非常简单
这个可以自己试试哦
没错,和list一模一样。