STL系列之五 priority_queue 优先级队列

此文转载，原文地址：/article/1392198.html

priority_queue 优先级队列是一个拥有权值概念的单向队列queue，在这个队列中，所有元素是按优先级排列的（也可以认为queue是个按进入队列的先后做为优先级的优先级队列——先进入队列的元素优先权要高于后进入队列的元素）。在计算机操作系统中，优先级队列的使用是相当频繁的，进线程调度都会用到。在STL的具体实现中，priority_queue也是以别的容器作为底部结构，再根据堆的处理规则来调整元素之间的位置。下面给出priority_queue的函数列表和VS2008中priority_queue的源代码，本文中与heap有关的函数参见《STL系列之四
heap 堆》。

priority_queue函数列表

函数	描述 by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
构造析构
priority_queue <Elem> c	创建一个空的queue 。 注：priority_queue构造函数有7个版本，请查阅MSDN
数据访问与增减
c.top()	返回队列头部数据
c.push(elem)	在队列尾部增加elem数据
c.pop()	队列头部数据出队
其它操作
c.empty()	判断队列是否为空
c.size()	返回队列中数据的个数

可以看出priority_queue的函数列表与栈stack的函数列表是相同的。

VS2008中priority_queue 优先级队列的源代码
友情提示：初次阅读时请注意其实现思想，不要在细节上浪费过多的时间

[cpp]
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//VS2008中 priority_queue的定义 MoreWindows整理( http://blog.csdn.net/MoreWindows )

template<class _Ty, class _Container = vector<_Ty>, class _Pr = less<typename _Container::value_type> > //默认以vector为容器的

class priority_queue
{ // priority queue implemented with a _Container

public:
typedef _Container container_type;
typedef typename _Container::value_type value_type;
typedef typename _Container::size_type size_type;
typedef typename _Container::reference reference;
typedef typename _Container::const_reference const_reference;

priority_queue() : c(), comp()
{ // construct with empty container, default comparator

}

explicit priority_queue(const _Pr& _Pred) : c(), comp(_Pred)
{ // construct with empty container, specified comparator

}

priority_queue(const _Pr& _Pred, const _Container& _Cont) : c(_Cont), comp(_Pred)
{ // construct by copying specified container, comparator

make_heap(c.begin(), c.end(), comp); //参见《STL系列之四 heap 堆的相关函数》

}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last) : c(_First, _Last), comp()
{ // construct by copying [_First, _Last), default comparator

make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr& _Pred) : c(_First, _Last), comp(_Pred)
{ // construct by copying [_First, _Last), specified comparator

make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr& _Pred, const _Container& _Cont) : c(_Cont), comp(_Pred)
{ // construct by copying [_First, _Last), container, and comparator

c.insert(c.end(), _First, _Last);
make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

bool empty() const
{ // test if queue is empty

return (c.empty());
}

size_type size() const
{ // return length of queue

return (c.size());
}

const_reference top() const
{ // return highest-priority element

return (c.front());
}

reference top()
{ // return mutable highest-priority element (retained)

return (c.front());
}

void push(const value_type& _Pred)
{ // insert value in priority order

c.push_back(_Pred);
push_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

void pop()
{ // erase highest-priority element

pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);
c.pop_back();
}

protected:
_Container c; // the underlying container

_Pr comp; // the comparator functor

};

//VS2008中 priority_queue的定义 MoreWindows整理( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
template<class _Ty, class _Container = vector<_Ty>, class _Pr = less<typename _Container::value_type> > //默认以vector为容器的
class priority_queue
{	// priority queue implemented with a _Container
public:
typedef _Container container_type;
typedef typename _Container::value_type value_type;
typedef typename _Container::size_type size_type;
typedef typename _Container::reference reference;
typedef typename _Container::const_reference const_reference;

priority_queue() : c(), comp()
{	// construct with empty container, default comparator
}

explicit priority_queue(const _Pr& _Pred) : c(), comp(_Pred)
{	// construct with empty container, specified comparator
}

priority_queue(const _Pr& _Pred, const _Container& _Cont) : c(_Cont), comp(_Pred)
{	// construct by copying specified container, comparator
make_heap(c.begin(), c.end(), comp); //参见《STL系列之四 heap 堆的相关函数》
}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last) : c(_First, _Last), comp()
{	// construct by copying [_First, _Last), default comparator
make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr& _Pred) : c(_First, _Last), comp(_Pred)
{	// construct by copying [_First, _Last), specified comparator
make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

template<class _Iter>
priority_queue(_Iter _First, _Iter _Last, const _Pr& _Pred, const _Container& _Cont) : c(_Cont), comp(_Pred)
{	// construct by copying [_First, _Last), container, and comparator
c.insert(c.end(), _First, _Last);
make_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

bool empty() const
{	// test if queue is empty
return (c.empty());
}

size_type size() const
{	// return length of queue
return (c.size());
}

const_reference top() const
{	// return highest-priority element
return (c.front());
}

reference top()
{	// return mutable highest-priority element (retained)
return (c.front());
}

void push(const value_type& _Pred)
{	// insert value in priority order
c.push_back(_Pred);
push_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

void pop()
{	// erase highest-priority element
pop_heap(c.begin(), c.end(), comp);
c.pop_back();
}

protected:
_Container c;	// the underlying container
_Pr comp;	// the comparator functor
};

下面先给出优级先级队列的使用范例。

[cpp]
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//优先级队列 priority_queue by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )

// 支持 empty() size() top() push() pop() 与stack的操作函数全部一样

//by MoreWindows

#include <queue>

#include <list>

#include <cstdio>

using namespace std;
int main()
{
//优先级队列默认是使用vector作容器。

priority_queue<int> a;
priority_queue<int, list<int>> b; //可以这样声明，但无法使用

int i;
//压入数据

for (i = 0; i < 10; i++)
{
a.push(i * 2 - 5);
//b.push(i); //编译错误

}
//优先级队列的大小

printf("%d\n", a.size());
//取优先级队列数据并将数据移出队列

while (!a.empty())
{
printf("%d ", a.top());
a.pop();
}
putchar('\n');
return 0;
}

//优先级队列 priority_queue by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
// 支持 empty() size() top() push() pop() 与stack的操作函数全部一样
//by MoreWindows
#include <queue>
#include <list>
#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
//优先级队列默认是使用vector作容器。
priority_queue<int> a;
priority_queue<int, list<int>> b; //可以这样声明，但无法使用
int i;
//压入数据
for (i = 0; i < 10; i++)
{
a.push(i * 2 - 5);
//b.push(i); //编译错误
}
//优先级队列的大小
printf("%d\n", a.size());
//取优先级队列数据并将数据移出队列
while (!a.empty())
{
printf("%d ", a.top());
a.pop();
}
putchar('\n');
return 0;
}

下面程序是针对结构体的，对数据的比较是通过对结构体重载operator()。
程序功能是模拟排队过程，每人有姓名和优先级，优先级相同则比较姓名，开始有5个人进入队列，然后队头2个人出队，再有3个人进入队列，最后所有人都依次出队，程序会输出离开队伍的顺序。

[cpp]
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//by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )

#include <queue>

#include <cstring>

#include <cstdio>

using namespace std;
//结构体
struct Node
{
char szName[20];
int priority;
Node(int nri, char *pszName)
{
strcpy(szName, pszName);
priority = nri;
}
};
//结构体的比较方法 改写operator()

struct NodeCmp
{
bool operator()(const Node &na, const Node &nb)
{
if (na.priority != nb.priority)
return na.priority <= nb.priority;
else
return strcmp(na.szName, nb.szName) > 0;
}
};
void PrintfNode(Node &na)
{
printf("%s %d\n", na.szName, na.priority);
}
int main()
{
//优先级队列默认是使用vector作容器，底层数据结构为堆。

priority_queue<Node, vector<Node>, NodeCmp> a;

//有5个人进入队列

a.push(Node(5, "小谭"));
a.push(Node(3, "小刘"));
a.push(Node(1, "小涛"));
a.push(Node(5, "小王"));

//队头的2个人出队

PrintfNode(a.top());
a.pop();
PrintfNode(a.top());
a.pop();
printf("--------------------\n");

//再进入3个人

a.push(Node(2, "小白"));
a.push(Node(2, "小强"));
a.push(Node(3, "小新"));

//所有人都依次出队

while (!a.empty())
{
PrintfNode(a.top());
a.pop();
}

return 0;
}

//by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows )
#include <queue>
#include <cstring>
#include <cstdio>
using namespace std;
//结构体
struct Node
{
char szName[20];
int  priority;
Node(int nri, char *pszName)
{
strcpy(szName, pszName);
priority = nri;
}
};
//结构体的比较方法 改写operator()
struct NodeCmp
{
bool operator()(const Node &na, const Node &nb)
{
if (na.priority != nb.priority)
return na.priority <= nb.priority;
else
return strcmp(na.szName, nb.szName) > 0;
}
};
void PrintfNode(Node &na)
{
printf("%s %d\n", na.szName, na.priority);
}
int main()
{
//优先级队列默认是使用vector作容器，底层数据结构为堆。
priority_queue<Node, vector<Node>, NodeCmp> a;

//有5个人进入队列
a.push(Node(5, "小谭"));
a.push(Node(3, "小刘"));
a.push(Node(1, "小涛"));
a.push(Node(5, "小王"));

//队头的2个人出队
PrintfNode(a.top());
a.pop();
PrintfNode(a.top());
a.pop();
printf("--------------------\n");

//再进入3个人
a.push(Node(2, "小白"));
a.push(Node(2, "小强"));
a.push(Node(3, "小新"));

//所有人都依次出队
while (!a.empty())
{
PrintfNode(a.top());
a.pop();
}

return 0;
}