面试之快速学习STL-容器适配器
1. 容器适配器
简单的理解容器适配器,其就是将不适用的序列式容器(包括 vector、deque 和 list)变得适用。
注意:默认使用的基础容器不代表一定只能用它,比如queue可以用deque,list。
如果你希望你的queue是list那么可以如下创建:
std::queue<int , std::list<int>> q;
可以直接通过 queue 容器适配器来初始化另一个 queue 容器适配器,只要它们存储的元素类型以及底层采用的基础容器类型相同即可。例如:
std::deque<int> values{1,2,3};
std::queue<int> my_queue1(values);
std::queue<int> my_queue(my_queue1);
//或者使用
//std::queue<int> my_queue = my_queue1;
2. priority_queue容器适配器详解
- priority_queue 容器适配器模拟的也是队列这种存储结构,即使用此容器适配器存储元素只能“从一端进(称为队尾),从另一端出(称为队头)”,且每次只能访问 priority_queue 中位于队头的元素。
- 但是,priority_queue 容器适配器中元素的存和取,遵循的并不是 “First in,First out”(先入先出)原则,而是“First in,Largest out”原则。直白的翻译,指的就是先进队列的元素并不一定先出队列,而是优先级最大的元素最先出队列。
- priority_queue 容器适配器中存储的元素,优先级是如何评定的呢?很简单,每个 priority_queue 容器适配器在创建时,都制定了一种排序规则。根据此规则,该容器适配器中存储的元素就有了优先级高低之分。
- 假设当前有一个 priority_queue 容器适配器,其制定的排序规则是按照元素值从大到小进行排序。根据此规则,自然是 priority_queue 中值最大的元素的优先级最高。
- priority_queue 容器适配器为了保证每次从队头移除的都是当前优先级最高的元素,每当有新元素进入,它都会根据既定的排序规则找到优先级最高的元素,并将其移动到队列的队头;同样,当 priority_queue 从队头移除出一个元素之后,它也会再找到当前优先级最高的元素,并将其移动到队头。
template <typename T, typename Container=std::vector<T>, typename Compare=std::less<T> >
class priority_queue {
//......
}
- 可以看到,priority_queue 容器适配器模板类最多可以传入 3 个参数,它们各自的含义如下:
- typename T:指定存储元素的具体类型;
- typename Container:指定 priority_queue 底层使用的基础容器,默认使用 vector 容器。
- typename Compare:指定容器中评定元素优先级所遵循的排序规则,默认使用std::less 按照元素值从大到小进行排序,还可以使用std::greater按照元素值从小到大排序,但更多情况下是使用自定义的排序规则。
- 作为 priority_queue 容器适配器的底层容器,其必须包含 empty()、size()、front()、push_back()、pop_back() 这几个成员函数,STL 序列式容器中只有 vector 和 deque 容器符合条件。
创建priority_queue
//以使用普通数组或其它容器中指定范围内的数据,对 priority_queue 容器适配器进行初始化:
int values[]{4,1,3,2};
std::priority_queue<int> copy_values(values, values+4); // 4,3,2,1//使用序列式容器
std::vector<int> vec{1,5,3,4,2}
std::priority_queue<int> pq(vec.begin(), vec.end()); // 5,4,3,2,1
- 用来初始化的数组或容器中的数据不需要有序,priority_queue 会自动对它们进行排序。
//还可以手动指定 priority_queue 使用的底层容器以及排序规则,比如std::vector<int> vec{1,5,3,4,2};
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq(vec.begin(), vec.end());
- 注意不支持
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq1{2,3,4,1,5};
- 和 queue 一样,priority_queue 也没有迭代器,因此访问元素的唯一方式是遍历容器,通过不断移除访问过的元素,去访问下一个元素。
std::vector<int> vec1{1,5,3,4,2};std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq(vec1.begin(), vec1.end());while (!pq.empty()) {std::cout<< pq.top()<<std::endl;pq.pop();}/*12345*/
自定义比较函数-仿函数
- greater和less是std实现的两个仿函数(就是使一个类的使用看上去像一个函数,其实现就是类中实现一个operator(),这个类就有了类似函数的行为,就是一个仿函数类了),所以调用的是fun()?
//升序队列
priority_queue <int,vector<int>,greater<int> > q;
//降序队列
priority_queue <int,vector<int>,less<int> >q;
- 如果自己想模拟less和greater,那么使用的方法应该是这样:
std::priority_queue<int,std::vector<int>, myFun> pq3(vec1.begin(), vec1.end());while (!pq3.empty()) {std::cout<< pq3.top()<<std::endl;pq3.pop();}/*12345*/
自定义比较函数-重载运算符
- 如果是个自定义类,也可以在自定义类里面自己重载运算符
std::priority_queue<tmp1> qp2;tmp1 t1{2};tmp1 t11{3};tmp1 t111{1};tmp1 t1111{4};qp2.push(t1);qp2.push(t11);qp2.push(t111);qp2.push(t1111);while (!qp2.empty()) {std::cout<< qp2.top().x<<std::endl;qp2.pop();}/*54321*/
std::priority_queue<tmp1> qp2;
自定义比较函数-lambda
auto cmp = [](int a, int b) -> bool { return a < b;};std::priority_queue<int, std::vector<int>, decltype(cmp)> pq4(vec1.begin(), vec1.end(),cmp);while (!pq4.empty()) {std::cout<< pq4.top()<<std::endl;pq4.pop();}/*54321*/
补充一个比较有意思的点
前面提到的自定义比较函数-lambda, 其实传入的是一个函数指针,什么意思呢?
你可以这样写效果是一样的:
auto cmp = [](int a, int b)-> bool { return a < b; };std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::function<bool(int,int)>> pq5(vec1.begin(), vec1.end(), cmp);while (!pq5.empty()) {std::cout<< pq5.top()<<std::endl;pq5.pop();}
但是你不可以这样写:
std::priority_queue<int, std::vector<int>, decltype(cmp(1,2))> pq4(vec1.begin(), vec1.end(),cmp);
//decltype(cmp(1,2))的到的是bool,而不是函数指针
小问题,好吧,是我理解的不够。
关于priority_queue的底层实现
本来准备单独用一章写,但是看了一下,其实底层实现就是一个堆,特点:
- heap是一颗完全二叉树:整颗树除了最底层,都是填满的,而且底层节点从左到右不存在空隙。
- 两个操作
- push_heap: 因为要满足完全二叉树的性质,需要将新节点放置在底层节点的最后面,也就是vector的end(),然后执行上溯操作:只要父节点比自己小,就不断调换自己和父节点的位置。
- pop_heap: 将heap的最大元素取走,也就是将根节点取走,那根据完全二叉树的性质,得把底层最后面的元素换到根节点。然后不断执行下溯操作:将自己和两个子节点中,较大的那个对调。
- push_heap: 因为要满足完全二叉树的性质,需要将新节点放置在底层节点的最后面,也就是vector的end(),然后执行上溯操作:只要父节点比自己小,就不断调换自己和父节点的位置。
做完下溯操作后,可能还需做一次上溯操作
参考: https://blog.csdn.net/youaremyalllove/article/details/124043310
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