【C++】priority_queues（优先级队列）和反向迭代器适配器的实现

前言

继上一篇stack和queue我们讲解了其实现原理，里面也提到了容器适配器的概念，本篇我们要讲的优先级队列，也是一种容器适配器，另外我们再顺带讲一下反向迭代器，这个也是一个容器适配器哦，废话不多说，我们直接切入正题

一、 priority_queue

1.priority_queue的介绍

priority_queue他是一种容器适配器，但其实他底层和堆差不多，接口和堆也非常像，功能也是，默认情况下是大堆，你也可以用仿函数把他改成小堆

它的接口有以下几个：

1. empty()：检测容器是否为空
2. size()：返回容器中有效元素个数
3. front()：返回容器中第一个元素的引用
4. push_back()：在容器尾部插入元素
5. pop_back()：删除容器尾部元素

priority_queue的底层是堆，堆其实是完全二叉树，而完全二叉树的物理结构又是类似数组这种连续的物理空间，所以说适配priority_queue的容器要能够随机访问下标，需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构，一般我们用vector作为它的默认容器，deque也可以

2.priority_queue的使用

2.1、接口使用说明

2.2、优先级队列的使用样例

priority_queue<int> pq;
pq.push(1);
pq.push(2);
pq.push(3);
pq.push(4);
pq.push(5);
while (!pq.empty())
{cout << pq.top() << " ";pq.pop();
}
//打印结果是5,4,3,2,1

tips：默认情况下大的优先级高，底层是个大堆

3.priority_queue的底层实现

3.1、库里面关于priority_queue的定义

priority_queue类模板参数多了一个Compare，这个参数是用来调节大小堆的，默认的less是大堆，greater是小堆
tips:

3.2、仿函数

1.什么是仿函数？

仿函数又被叫做函数对象，它们是通过重载operator()运算符的类的实例，它们可以像函数那样被调用，具有这样特性的就是仿函数

2.仿函数样例

template<class T>
struct Less
{bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}
};int main()
{Less<int> lessfunc;cout << lessfunc.operator()(1, 2) << endl;cout << lessfunc(2, 3) << endl;//就这样乍一看还以为是函数调用，其实这是仿函数cout << Less<int>()(1, 2) << endl;//通过匿名对象来调用return 0;
}

3.3、实现优先级队列

1. 1.0版本的实现

template<class T,class Container=vector<T>>
class priority_queue
{
public:size_t size(){return _con.size();}void adjust_up(size_t child){size_t parent = (child - 1) / 2;while (child>0){if (_con[child] > _con[parent]){swap(_con[child], _con[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}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[child] > _con[parent]){swap(_con[child], _con[parent]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}}void push(const T& val){_con.push_back(val);//先尾插adjust_up(_con.size()-1);//再向上调整}void pop(){swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);//先把要删除的堆顶元素和最后一个元素交换_con.pop_back();//然后删除最后一个元素adjust_down(0);//再进行向下调整}const T& top(){return _con[0];}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;
};

这里重点讲一下向上调整建堆和向下调整建堆，我们以建小堆为例：

向下调整的原理和向上调整很像，我就不多讲解了

2. 2.0版本的实现

template<class T>
struct less//这个虽然叫less但是它是大堆
{bool operator()(const T& x, const T& y){return x < y;}
};
template<class T>
struct greater//这个虽然叫greater,但是他是小堆
{bool operator()(const T& x, const T& y){return x > y;}
};
template<class T,class Container=vector<T>,class Com=less<T>>
class priority_queue
{
public:size_t size(){return _con.size();}void adjust_up(size_t child){Com com;//搞一个仿函数对象size_t parent = (child - 1) / 2;while (child>0){//if (_con[child] > _con[parent])//if ( _con[parent]<_con[child] )if(com(_con[parent],_con[child])){//注意这里换成仿函数的时候要和它里面的<对上，再替换成仿函数对象调用swap(_con[child], _con[parent]);child = parent;parent = (child - 1) / 2;}else{break;}}}void adjust_down(size_t parent){Com com;size_t child = parent * 2 + 1;while (child<_con.size()){//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])){swap(_con[child], _con[parent]);parent = child;child = parent * 2 + 1;}else{break;}}}void push(const T& val){_con.push_back(val);//先尾插adjust_up(_con.size()-1);//再向上调整}void pop(){swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);//先把要删除的堆顶元素和最后一个元素交换_con.pop_back();//然后删除最后一个元素adjust_down(0);//再进行向下调整}const T& top(){return _con[0];}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;
};

tips:

int main()
{priority_queue<int,vector<int>,greater<int>> pq;//注意这里：如果你要传仿函数的参数类型，一定不要忘记了这个vector<int>//不能跳过这个缺省参数去传他后面的其他参数，切记切记！！！return 0;
}

二、反向迭代器适配器

反向迭代器适配器，可以根据正向迭代器适配出它相应的反向迭代器

反向迭代器的实现思想其实很简单，相比我们前面list的实现；我们在这里实现反向迭代器主要是利用正向迭代器来替我们完成，库里面的实现讲求了对称，begin/end和rbegin/rend是堆成的

template<class iterator, class Ref, class Ptr>
struct ReserveIterator
{typedef ReserveIterator<iterator, Ref, Ptr> Self;iterator _it;ReserveIterator(iterator it):_it(it){}Ref operator*(){Iterator tmp = _it;return *(--tmp);}Ptr operator->(){return &(operator*());}Self& operator++(){--_it;return *this;}Self& operator--(){++_it;return *this;}bool operator!=(const Self& s){return _it != s._it;}
};

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关于容器适配器之类的容器我们就先讲到这里，我们下期浅谈一下模板✌