priority_queue 与 deque
priority_queue的介绍与使用
简单介绍
从模板可以看出，优先级队列这里的有着新的东西，Compare；
首先：class T 我们都知道，是元素类型，比如int char 一类的；
其实：就是新见的比较器 Compare，这是一个可调用的对象类型，一般用于确定优先队列中元素的顺序。并且可以使用
std::less<T>或std::greater<T>，或者自定义一个函数对象。std::less<T>
template<class T> class less { bool operate()(const T& t1, const T& t2) { return t1 < t2; } };std::greater<T>
template<class T> class greater { bool operate()(const T& t1, const T& t2) { return t1 > t2; } };这里需要注意的是 比较大小 不能比错了；
优先级队列的叙述
优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，在默认情况下它通过使用最大堆的方式，来实现元素的存储，也就是说元素中最大的在首位。
底层存储数据的容器（底层容器）
虽然标准容器类vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定priority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。vector支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。与堆的关系
优先级队列默认使用vector作为底层容器，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。
堆算法
在vector上使用了堆算法将vector中的元素构造成堆的结构。简单来说堆是一种特殊的二叉树，他的父节点的值总是比子节点大（或小）。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。容器适配器
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
使用
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：
priority_queue() 构造一个空的优先级队列 priority_queue(first, last) 构造一个优先级队列，使用迭代器范围 [first, last) 初始化队列。
empty() 检查优先级队列是否为空；如果是空队列返回 true，否则返回 false。 top() 返回优先级队列中的最大（或最小）元素，即堆顶元素。 push(x) 在优先级队列中插入元素 x。 pop() 删除优先级队列中的最大（或最小）元素，即堆顶元素
priority_queue的实现
先看一道oj题
215. 数组中的第K个最大元素 - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:
int findKthLargest(vector<int>& nums, int k) {
priority_queue<int> s1(nums.begin(), nums.end());
for (int i = 0; i < k - 1; i++) {
s1.pop();
}
return s1.top();
}
};代码实现
#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
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;
}
};
namespace xryq {
template<class T, class container = vector<T>, class comparator = less<T>>
class priority_queue {
public:
void Adjustup(int child)
{
comparator com;
int parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2;
}
else {
break;
}
}
}
void push(const T & x)
{
_con.push_back(x);
Adjustup(_con.size() - 1);
}
void AdjustDown(int parent)
{
comparator com;
int child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
{
child++;
}
if (com(_con[parent], _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else {
break;
}
}
}
void pop()
{
swap(_con[0], _con[_con.size() - 1]);
_con.pop_back();
AdjustDown(0);
}
const T& top()
{
return _con[0];
}
size_t size() const
{
return _con.size();
}
bool empty() const
{
return _con.empty();
}
private:
container _con;
};
void test()
{
//priority_queue<int> a1;
priority_queue<int, vector<int>, Greater<int>> a1;
a1.push(1);
a1.push(5);
a1.push(0);
while (!a1.empty())
{
cout << a1.top() << " ";
a1.pop();
}
}
}
仿函数
仿函数
仿函数是一种特殊类型的类，它们的行为类似于函数，但实际上是具有
operator()成员函数的对象。通过重载operator()，我们可以使类对象像函数那样被调用，实际上是一个类的实例。这在C++中非常有用，因为它允许你将函数式编程的概念与面向对象编程相结合。
仿函数例子
下面是一个简单的例子
#include <iostream>
// 定义一个仿函数类
struct Adder {
// 重载函数调用运算符
int operator()(int a, int b) const {
return a + b;
}
};
int main() {
Adder adder; // 创建仿函数对象
int result = adder(5, 3); // 调用仿函数对象
std::cout << "Result: " << result << std::endl; // 输出 Result: 8
return 0;
}实现一个关于日期类的运用
class Date {
public:
Date(int year = 1,int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{}
bool operator<(const Date& d) const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d) const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
class DateLess {
bool operator()(const Date* d1, const Date* d2)
{
return *d1 < *d2;
}
};
void testDate()
{
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2024, 6, 29));
q1.push(Date(2024, 6, 30));
q1.push(Date(2024, 6, 28));
cout << q1.top() << endl;
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2024, 6, 29));
q2.push(Date(2024, 6, 30));
q2.push(Date(2024, 6, 28));
cout << q2.top() << endl << endl;
//但如果传递地址
priority_queue<Date*, vector<Date*>, greater<Date*>> q3;
Date d1(2024, 6, 30);
Date d2(2024, 6, 28);
Date d3(2024, 6, 29);
q3.push(&d1);
q3.push(&d2);
q3.push(&d3);
cout << *q3.top() << endl;
q3.pop();
cout << *q3.top() << endl;
q3.pop();
cout << *q3.top() << endl;
}我们可以看到前两个没有问题；
但是如果传地址的话就不能正确比较；
这里主要是因为其实这是因为他们传的地址，其实也是比较的地址，库里的仿函数，不支持这样弄，所以需要自己写一个:
deque的简单介绍(了解)
如何理解？其实他是一个list和vector的结合体，大家可以去看一本书《STL源码刨析》这里面有很详细的介绍
简单探讨一下deque的底层逻辑
deque并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际deque类似于一个动态的二维数组，其底层结构如下图所示：
双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，落在了deque的迭代器身上，因此deque的迭代器设计就比较复杂
再来看一点点源码
我们就可以知道虽然它很便利但是，迭代器的实现也很麻烦。和加法一样，满了就要进位；
deque与vector比较
头部插入/删除
- deque，头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高。
- vector，头部插入和删除时，要搬移前后所有元素，效率低下。
扩容效率
- deque，在扩容时只需要增加新的内存段，不用像vector有时还需要把整个数据复制到新的区域中，因此在大量处理数据时，deque的效率还是更胜一筹的。
deque与list比较
内存利用率
- deque它的元素存储在连续的内存中，不需要为每个元素存储额外的指针信息，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。而且支持随机访问，更便利。
list则需要为每个元素维护前后指针，这会占用额外的空间
deque的缺陷
deque有一个致命缺陷：不适合遍历，因为在遍历时，deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑vector和list。
deque的实际运用
只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以但是STL中对stack和queue默认选择deque作为其底层容器。
原因
- stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只需要在固定的一端或者两端进行操作。
- 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。
这边用一个排序来比较一下
//比较deque的效率
void test_op1()
{
srand(time(0));
const int n = 100000;
deque<int> d1;
vector<int> l1;
for (int i = 0; i < n; i++)
{
auto e = rand() + i;
d1.push_back(e);
l1.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(d1.begin(), d1.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
sort(l1.begin(), l1.end());
int end2 = clock();
printf("deque sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("vector sort:%d\n", end2 - begin2);
}
void test_op2()
{
srand(time(0));
const int N = 1000000;
deque<int> dq1;
deque<int> dq2;
for (int i = 0; i < N; ++i)
{
auto e = rand() + i;
dq1.push_back(e);
dq2.push_back(e);
}
int begin1 = clock();
sort(dq1.begin(), dq1.end());
int end1 = clock();
int begin2 = clock();
// 拷贝到vector
vector<int> v(dq2.begin(), dq2.end());
sort(v.begin(), v.end());
dq2.assign(v.begin(), v.end());
int end2 = clock();
printf("deque sort:%d\n", end1 - begin1);
printf("deque copy vector sort, copy back deque:%d\n", end2 - begin2);
}
可以看出来还是vector更快一些。
为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
主要他是list，vector的综合，而且stack与queue的用法正好避开了deque的缺点，遍历效率特别低。
高效插入和删除:
- deque 支持在两端高效地插入和删除元素。对于栈来说，这意味着可以在栈顶（通常是容器的尾部）进行快速的压栈和弹栈操作；对于队列来说，可以在队首（通常是容器的头部）进行快速的出队操作，在队尾进行快速的入队操作。
- 相比之下，vector 在头部插入或删除元素时需要移动大量元素，效率较低；而 list 虽然也可以在两端进行高效操作，但list需要额外的指针来维护元素之间的链接也是就它的链表结构，这会消耗更多的内存。
内存管理:
- deque 的内存管理是在扩展时仅需分配新的内存段，而不是重新分配整个数组，这使得它在扩容时与vector相比更为高效。
- 对于栈和队列这样的数据结构来说，它们往往需要频繁地添加和删除元素，使用deque 可以减少内存重分配带来的开销。
内存布局:
- deque 的元素存储在（多个内存段的）连续的内存中，这有利于缓存性比较好，从而提高访问速度。
- deque 的这种布局方式也意味着它在遍历数据时比 std::list 更加高效，尽管与 vector 相比遍历效率略低，但在栈和队列中，遍历的需求相对较少。
泛用性:
- deque 提供了广泛的操作接口，可以方便地支持栈和队列所需的大部分操作，如 push_back, pop_back, push_front, pop_front 等。
- 这使得 deque 成为一个通用的选择，可以灵活地适应不同类型的容器需求。
- 这点在作为stack 与 queue的底层容器没有体现出来
原文地址：https://blog.csdn.net/2302_80253411/article/details/142418788
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