关于优先队列priority_queue大小根堆、重载操作符的说明
關于priority_queue的說明
內部實現
priority_queue 默認情況下，以vector 為底層容器，加上heap(默認max-heap) 處理規則；形成大根堆。
priority_queue被歸為 container adapter，也就是對 container 進行封裝一層。
priority_queue 操作規則上是 queue，只允許在尾部加入元素，并從首部取出元素；只不過內部元素具有優先級，優先級高者先出。
priority_queue 的所有元素進出具有一定規則，所以不提供遍歷功能，也不提供迭代器。
疑惑產生
下面為priority_queue 的使用規則，第一個傳入了類型，第二個為容器類型，第三個為比較函數。
template<
class T,
class Container = std::vector<T>,
class Compare = std::less<typename Container::value_type> //comp默認為less
> class priority_queue;
疑惑關鍵就在于比較函數。
priority_queue 默認形成大根堆，而傳入的comp默認為less。
為何傳入一個可將序列順序調為有小到大的函數，建成的堆反而是大頂堆呢？
不知你們有沒有這種感覺？直覺上認為傳入less，建成小頂堆，而傳入greater，建成大頂堆。
源碼解析
std::less()源碼：若__x < __y，則返回true，順序不變，否則，順序發生變化。這個函數名含義與實現效果相一致。
struct less : public binary_function<_Tp, _Tp, bool>
{
_GLIBCXX14_CONSTEXPR
bool
operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const
{ return __x < __y; }
};
make_heap中調用的__push_heap源碼：
__push_heap(_RandomAccessIterator __first, _Distance __holeIndex,
_Distance __topIndex, _Tp __value, _Compare __comp)
//__holeIndex 新添加節點的索引，即叫做孔洞
//__topIndex 頂端索引
//__value 新添加節點的值
//__comp 比較函數，傳入為less
{
_Distance __parent = (__holeIndex - 1) / 2; //找到新節點父節點索引
while (__holeIndex > __topIndex && __comp(*(__first + __parent), __value)) {
//若孔洞沒有到達最頂端 && 父節點的值小于新添加節點的值，則要進行下列操作
//less中，左邊比右邊小則返回true，與less愿意相同
*(__first + __holeIndex) = *(__first + __parent); //將父節點的值放入孔洞
__holeIndex = __parent; //孔洞的索引編程了原來父節點的索引，往上移動了
__parent = (__holeIndex - 1) / 2; //那么孔洞的父節點又要繼續往上找
}
*(__first + __holeIndex) = __value; //將新添加節點的值放在找到的位置（孔洞）
}
經過上面源碼分析，傳入的comp就是為了在比較孔洞節點與父節點的大小，若返回true，才會進行交換操作。
所以傳入less，返回true是因為父節點比孔洞節點小，所以要進行交換，則將大的值移動到前面，所以建成的堆為大頂堆。
而傳入greater，返回true是因為父節點比孔洞節點答，所以進行叫喊，則將大的值移動到了后面，所以建成的堆為小頂堆。
所以，就明白了為什么傳入less反而形成了大根堆，而傳入greater則形成了小根堆。
如何使用
#include <queue> using namespace std; ? priority_queue<int> que; //默認定義了最大堆，等同于將第三個參數使用less<int> priority_queue<int, vector<int>, less<int>> que; //定義大根堆 ? priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> que; //定義小根堆，VS下需要加入頭文件#include<functional> ? //測試 priority_queue<int> que; que.push(3); que.push(5); que.push(4); cout << que.top() << endl; //5 ? //測試 priority_queue<int, vector<int>, less<int>> que; que.push(3); que.push(5); que.push(4); cout << que.top() << endl; //5 ? //測試 priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> que; que.push(3); que.push(5); que.push(4); cout << que.top() << endl; //3
關于自定義優先級
上面給出了在處理整型等基本數據類型時直接出入less或者greater既可以建立相應的大頂堆或者小頂堆。若是處理結構體呢？如何定義優先級呢？
普通數據類型
基本數據類型的比較函數可以直接使用less<int>或者greater<int>可以滿足建立大根堆或者小根堆。
結構體
對于結構體而言，將結構體放入優先隊列中，比較函數需要建立在針對結構體的具體成員。
參考https://www.cnblogs.com/flipped/p/5691430.html 博客自定義優先級。
自定義優先級的三種方法：
1.<以成員函數重載:
struct Node { //我們將Node節點放入優先隊列中希望以value進行比較
Node(int _id, int _value) : id(_id), value(_value){}
int id;
int value;
};
?
//大根堆
bool operator < (const Node& a, const Node& b)
{
return a.value < b.value; //將value的值由大到小排列，形成Node的大根堆
}
?
int main()
{
struct Node node1(1, 5);
struct Node node2(2, 3);
struct Node node3(3, 4);
priority_queue<Node> que;
que.push(node1);
que.push(node2);
que.push(node3);
cout << que.top().value << endl; //5
}
//小根堆
bool operator < (const Node& a, const Node& b)
{
return a.value > b.value; //將value的值由小到大排列，形成Node的小根堆
}
?
cout << que.top().value << endl; //3
我試了 bool operator > ()，結果會報二進制“<”: 沒有找到接受“const Node”類型的左操作數的運算符(或沒有可接受的轉換） 錯誤，我想原因應該是這樣吧：priority_queue中默認的比較函數為less，less函數中只用到了 { return __x < __y; }，所以重載中若只重載了>，函數找不到<，所以會出現錯誤。
struct less : public binary_function<_Tp, _Tp, bool>
{
_GLIBCXX14_CONSTEXPR
bool
operator()(const _Tp& __x, const _Tp& __y) const
{ return __x < __y; }
};
2.自定義比較函數:
struct cmp{
?
bool operator ()(const Node& a, const Node& b)
{
return a.value < b.value;//將value的值由大到小排列，形成Node的大根堆
}
};
priority_queue<Node, vector<Node>, cmp>q;
cout << que.top().value << endl; //5
struct cmp{
?
bool operator ()(const Node& a, const Node& b)
{
return a.value > b.value;//將value的值由小到大排列，形成Node的小根堆
}
};
priority_queue<Node, vector<Node>, cmp>q;
cout << que.top().value << endl; //3
上述在傳入用戶自定義的比較函數，那么在建堆過程中使用的comp函數即為我們自定義的cmp，這樣分析同上。
3.<以類成員函數重載
struct Node { //我們將Node節點放入優先隊列中希望以value進行比較
Node(int _id, int _value) : id(_id), value(_value){}
int id;
int value;
//大根堆
bool operator < (const Node& b) const //注意，此處若沒有const則會報錯
{
return value < b.value; //將value的值由大到小排列，形成Node的大根堆
}
};
cout << que.top().value << endl; //5
4.<以友元函數重載
struct Node{
int id;
int value;
friend bool operator<(const Node& a,const Node& b){
return a.value<b.value; //按value從大到小排列
}
};
priority_queue<Node>q;
剛開始不太明白友元操作符重載函數，先了解下重載與友元。
重載類型
參考：https://www.cnblogs.com/Mayfly-nymph/p/9034936.html
綜合，在C++中，操作符重載實現通過類成員函數、全局函數（非類成員函數）與友元函數（不是類成員卻能夠訪問類的所有成員 ）。
上面對<重載使用到類全局函數、友元函數、類成員函數。
使用友元函數重載有兩個優點：和普通函數重載相比，它能夠訪問類的非公有成員與將雙目運算符重載為友元函數，這樣就可以使用交換律。
交換律可以理解成復數加法中，以成員函數的形式重載 +，只能計算c + 15.6，不能計算28.23 + c，這是不對稱的 。
何為友元
友元函數
類的友元函數是定義在類外部，但有權訪問類的所有私有（private）成員和保護（protected）成員。
盡管友元函數的原型有在類的定義中出現過，但是友元函數并不是成員函數。
友元可以是一個函數，該函數被稱為友元函數；
友元也可以是一個類，該類被稱為友元類，在這種情況下，整個類及其所有成員都是友元。
如果要聲明函數為一個類的友元，需要在類定義中該函數原型前使用關鍵字 friend。如下設置友元函數：
class Box
{
double width;
public:
double length;
friend void printWidth( Box box );
void setWidth( double wid );
};
聲明類 Usb 的所有成員函數作為類 Phone 的友元，需要在類 Phone 的定義中放置如下聲明：
class Usb
{
private:
int size;
friend class Phone; //聲明 Phone為友元類
};
class Phone
{
public:
Usb usb;
void setPhone()
{
usb.size += 1000; //因Phone是Usb的友元類，故此處可以訪問其私有成員
}
};
總結
以上是生活随笔為你收集整理的关于优先队列priority_queue大小根堆、重载操作符的说明的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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