C++ | 仿函数与priority_queue-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++ | 仿函数与priority_queue。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

前言

一、初始仿函数

1、仿函数是什么

2、仿函数的使用

二、优先级队列

1、优先级队列的基本概念

2、堆的储存结构与结点之前关系

3、堆的使用

4、堆的模拟实现

前言

本文主要介绍优先级队列与仿函数，优先级队列实际上是我们在数据结构中学的堆；在介绍优先级队列之前，我们必须的初步的认识学习一下什么叫仿函数，与仿函数的使用；

一、初始仿函数

1、仿函数是什么

仿函数实际上是一个重载了()的类；仿函数也叫对象函数；我们通过对象访问成员函数的方式调用函数；与其相对的是C语言的函数指针，因为C语言的函数指针在某些情况下太过于复杂，于是C++设计出了仿函数；

2、仿函数的使用

我们通过一下代码来学习仿函数的定义与使用；

#include <functional>
// 带模板参数的仿函数
template<class T>
struct Greater
{
	// 重载（）
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

void test_func()
{
	int x = 3;
	int y = 10;
	// 创建一个仿函数对象
	Greater<int> Gre;
	// 通过对象调用仿函数
	cout << Gre(x, y) << endl;
	// 通过匿名对象调用仿函数
	cout << Greater<int>()(x, y) << endl;
}
int main()
{
	test_func();
	return 0;
}

我们通过重载对象里的圆括号，来实现用对象来模拟函数功能；而我们的优先级队列也巧妙的使用了仿函数，来实现通过模板参数控制我们实现的是大堆还是小堆；

二、优先级队列

1、优先级队列的基本概念

优先级队列在数据结构中又被称为堆，堆是一种完全二叉树结构；分为大堆与小堆；

大堆：父节点大于子节点

小堆：父节点小于父节点

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大小堆并没有要求左右孩子大小顺序，也就是说在任意堆中，左孩子可能大于右孩子，也可能小于右孩子；

2、堆的储存结构与结点之前关系

一般情况下，我们用顺序结构储存堆，通过下标关系来定位孩子与父亲之间的关系；

父亲下标 = （孩子下标 - 1）/ 2

左孩子下标 = （父亲下标 * 2） + 1

右孩子下标 = （父亲下标 * 2） + 2

我们可以通过下图尝试使用以上规则是否适用；

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3、堆的使用

堆有如下几个接口；使用成本也不高；

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void test_priority_queue()
{
	// 创建优先级队列
	std::priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;
	// 插入数据
	pq.push(13);
	pq.push(17);
	pq.push(23);
	pq.push(27);
	pq.push(33);
	pq.push(35);
	pq.push(43);
	pq.push(47);
	pq.push(54);
	pq.push(56);
	// 判空
	while (!pq.empty())
	{
		// 获得堆顶数据
		cout << pq.top() << " ";
		// 取出堆顶数据
		pq.pop();
	}
	cout << endl;

}

4、堆的模拟实现

堆的模拟实现也不是很难，与前面的stack与queue一样，堆也是适配器容器，我们仅仅只需实现向上调整与向下调整两个接口即可，其他接口均复用；

#include <vector>
#include <functional>

namespace MySpace
{
	template<class T, class Container = std::vector<T>, class Compara = std::less<T>>
	class priority_queue
	{
	private:
		void adjust_up(size_t child)
		{
			// 计算父节点下标
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			// 假若孩子结点已经为根节点了，则无法继续向上调整了
			while (child > 0)
			{
				// 通过仿函数比较父节点与子节点的大小关系
				if (Compara()(_con[parent], _con[child]))
				{
					// 条件满足，交换两个结点的值
					std::swap(_con[child], _con[parent]);
					// 计算下一个父节点，查看是否还需要向上调整
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;
				}
				else // 否则退出循环，调整完毕
				{
					break;
				}
			}
		}
		void adjust_down(size_t parent)
		{
			// 计算孩子结点的下标
			size_t child = parent * 2 + 1;
			// 如果孩子结点大于最后一个数据的下一个位置的下标直接退出循环
			while (child < _con.size())
			{
				// 查看右孩子是否存在，若存在，是否比左孩子大或小
				if (child + 1 < _con.size() && Compara()(_con[child], _con[child + 1]))
				{
					child++;
				}
				// 拿大的（小的）那个孩子进行比较，查看是否需要交换
				if (Compara()(_con[parent], _con[child]))
				{
					// 交换父节点与子节点的数据
					std::swap(_con[child], _con[parent]);
					// 跟新父节点与子节点下标
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}
	public:
		void push(const T& val)
		{
			_con.push_back(val);
			adjust_up(_con.size() - 1);
		}
		void pop()
		{
			std::swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
			_con.pop_back();
			adjust_down(0);
		}
		size_t size()
		{
			return _con.size();
		}
		bool empty()
		{
			return _con.empty();
		}
		const T& top() const
		{
			return _con.front();
		}
	private:
		Container _con;
	};

}