【C++】STL使用仿函数控制优先级队列priority

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前言

本文章讲解C++STL的容器适配器：priority_queue的实现，并实现仿函数控制priority_queue底层。

一、priority_queue的底层实现

priority_queue叫做优先级队列，它的底层结构是堆，在库中，默认生成的是大堆
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在库的实现中，使用vector作为该优先级队列的适配容器。

由于priority_queue也是一个适配器，所以它的接口函数也可以对其他容器的函数进行封装使用。

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下面来对priority_queue进行模拟实现。


#pragma once

//优先级队列底层是堆，heap
namespace bit
{
	//仿函数
	template<class T>
	class Less
	{
	public:
		bool operator()(const T& t1, const T& t2)
		{
			return t1 < t2;
		}

	};

	template<class T>
	class Greater
	{
	public:
		bool operator()(const T& t1, const T& t2)
		{
			return t1 > t2;
		}

	};

	//类名不是类型
	template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T> >
	//默认大堆
	class PriorityQueue
	{
		//com是一个仿函数
		Compare com;
		void AdjustDown(int parent)
		{
			int child = parent * 2 + 1;
			while (child > 0)
			{
				//可能右孩子存在且大于左孩子
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child],_con[child + 1]))
				{
					++child;
				}
				//如果孩子存在且孩子大于父亲，交换
				if (child < _con.size() && com(_con[parent],_con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					parent = child;
					child = parent * 2 + 1;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}
		}

		void AdjustUp(int child)
		{
			Compare com;
			//类名实例化类对象，该类型是一个仿函数，实例化的com可以调用仿函数的比较方法
			//记录父亲的下标
			int parent = (child - 1) / 2;

			while (child > 0)
			{	
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
				}
				child = parent;
				parent = (child - 1) / 2;
			}
		}

	public:

		PriorityQueue()
		{}

		//默认建大堆
		template<class InputIterator>
		PriorityQueue(InputIterator first, InputIterator end)
		{
			//插入数据
			while (first != end)
			{
				_con.push_back(*first);
				++first;
			}
			//向下调整建堆
			for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
			{
				AdjustDown(i);
			}
		}

		void push(const T& val)
		{
			//插入元素
			_con.push_back(val);
			//然后向上调整
			AdjustUp(_con.size() - 1);
		}

		void pop()
		{
			//1.堆顶和堆尾交换
			swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);

			//2.删除堆尾
			_con.pop_back();

			//3.向下调整，恢复堆
			AdjustDown(0);
		}

		T& top() 
		{
			 return _con[0];
		}
		
		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}

		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}

	private:
		Container _con;

注解：

1.在进行构造时，我们使用迭代区间进行构造
- （1）向空间中插入数据
- （2）向下调整建堆，建N个数据，从第一个非叶子节点开始进行建堆，每次都向下调整，时间复杂度O(N)。

push函数的实现：
向堆尾插入一个元素，插入的元素可能会改变堆的结构，所以我们需要将该元素向上调整，以维护堆的特性。

pop函数的实现：
删除堆顶元素，首先将堆顶元素和堆的最后一个元素进行交换，然后进行尾删，删除后原来的堆尾的元素现在在堆顶，我们需要将其进行向下调整以维持堆的状态。

empty函数：
判断堆是否为空即可。

size函数：
计算堆的元素个数。

top函数：
取堆顶元素，也就是取第一个元素。

priority_queue容器的作用：有需要使用堆的地方就可以使用该容器。

二、使用仿函数控制priority_queue的底层

什么是仿函数？
仿函数：仿造的函数，它并不是一个真正意义上的函数。能够重载operator()，内部实现自己想要的方法，然后实例化出一个方法对象，调用该对象作为参数，此时就可以调用该方法类对象内部实现的operator()方法了。

由于库中的优先级队列的底层结构是堆，且默认是大堆，我们在模拟实现和使用时，如果遇到需要使用小堆的场景，需要改变的东西很多，比如向上调整算法和向下调整算法的比较方法。
现在我们需要指定一个方法，这个方法可以由我们控制，从而实现大小堆。

仿函数：

//仿函数
template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& t1, const T& t2)
	{
		return t1 < t2;
	}

};

template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& t1, const T& t2)
	{
		return t1 > t2;
	}

};