[C/C++ -STL]仿函数及priority_queue深度剖析

一、priority_queue介绍及使用
1 priority_queue的介绍
文档介绍

1. 优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。
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. 优先队列被实现为容器适配器，容器适配器即将特定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。
4. 底层容器可以是任何标准容器类模板，也可以是其他特定设计的容器类。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
5. 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。
6. 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_heap、push_heap和pop_heap来自动完成此操作。
2 priority_queue的使用
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，所有需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：
默认情况下priority_queue是大堆。

priority_queue()/priority_queue(first,
last)
构造一个空的优先级队列
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

#include <vector>
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
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 << 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 << q2.top() << endl;
}

二、priority_queue的模拟实现
1 priority_queue的向下、向上调整
priority_queue底层是大堆和小堆，要实现priority_queue就先实现队的向上调整和堆的向下调整

	//答对向上调整
		void Down(int parent) {

			size_t child = parent * 2+1;
			while (child<con.size()) {
				//左孩子小于右孩子
				if (child + 1 < con.size() && con[child] < con[child+1]) {
					++child;
				}

				 if (less(con[parent], con[child])) {
					 swap(con[child], con[parent]);
						parent = child;
					child = parent * 2+1;
				}
				else {
				
					break;
				}
			
			}
		}

//答对向上调整
		void Up(int child) {
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0) {
				if (less(con[parent] , con[child])) {
					swap(con[child], con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;

				}
				else {

					break;
				}

			}
		}

2 push()尾插

比如在9的位置插入35就必须采用向上调整的方式

将35和他的parent调换位置，调整为下边的图

3 pop()

将这个小堆调用pop()删除10()以后就必须向下调整

首先，将堆顶数据和最后一个数据调换数据，然后删除最后一个数据，最后得向下调整

最后调整为下面这样。

三、带有仿函数的priority_queue
仿函数（Functor）又称为函数对象（Function Object）是一个能行使函数功能的类。仿函数的语法几乎和我们普通的函数调用一样，不过作为仿函数的类，都必须重载 operator() 运算符。因为调用仿函数，实际上就是通过类对象调用重载后的 operator() 运算符。
如果编程者要将某种“操作”当做算法的参数，一般有两种方法：
一个办法就是先将该“操作”设计为一个函数，再将函数指针当做算法的一个参数。上面的实例就是该做法。
将该“操作”设计为一个仿函数（就语言层面而言是个 class），再以该仿函数产生一个对象，并以此对象作为算法的一个参数。
功能：
写一个简单类，除了维护类的基本成员函数外，只需要重载 operator() 运算符 。这样既可以免去对一些公共变量的维护，也可以使重复使用的代码独立出来，以便下次复用。而且相对于函数更优秀的性质，仿函数还可以进行依赖、组合与继承等，这样有利于资源的管理。
简言之：就是一个类，可以定义一些变量，省的使用全局变量，造成命名空间污染。

具体介绍篇

template <class T, class Container = vector,
class Compare = less< typename Container::value_type> > class priority_queue;

文档给出priority_queue的定义为这样，其中 class Compare = less为仿函数模板，用模板控制来priority_queue建成的是大堆的还是小堆。
仿函数其实是函数重载类型为为bool ，参数为两个模板参数，通过返回比较两个参数的大小的布尔值来控制大小堆的建成。

	template<class T>
	class min{
	public:
		bool operator() (T a, T b) {
			return a > b;
		}
	};
	template<class T>
	class max {
	public:
		bool operator() (T a, T b) {
			return a < b;
		}
	};

其中max是控制生成大堆，min控制生成小堆

附上全部代码：

template<class T>
	class less {
	public:
		bool operator() (T a, T b) {
			return a > b;
		}
	};
	template<class T>
	class max {
	public:
		bool operator() (T a, T b) {
			return a < b;
		}
	};
	template <class T, class Container = vector<T>,class Compare =max<T>>
	class st_priority_queue {
	private:
		Container con;
		Compare less;
	public:
		template<class Iterator>
		st_priority_queue(Iterator first, Iterator end) {
		
			while (first != end) {
				push(*first);
				++first;
			
			}
		}

		//答对向上调整
		void Up(int child) {
			size_t parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0) {
				if (less(con[parent] , con[child])) {
					swap(con[child], con[parent]);
					child = parent;
					parent = (child - 1) / 2;

				}
				else {

					break;
				}

			}
		}
		const T& top() const
		{
		
			return con[0];

		}
		void push(const T& x) {
			con.push_back(x);
			//大堆向上调整
			Up(con.size()-1);

		}
		bool empty() {
			return con.empty();
		}
		void pop() {
			swap(con[0], con[con.size() - 1]);
			con.pop_back();
			Down(0);

		}
		//答对向上调整
		void Down(int parent) {

			size_t child = parent * 2+1;
			while (child<con.size()) {
				//左孩子小于右孩子
				if (child + 1 < con.size() && con[child] < con[child+1]) {
					++child;
				}

				 if (less(con[parent], con[child])) {
					 swap(con[child], con[parent]);
						parent = child;
					child = parent * 2+1;
				}
				else {
				
					break;
				}
			
			}
		}

	};