priority_queue 自定义Comp类

priority_queue

定义
如何实现自定义Comp类
- priority_queue::push()
- - push_heap()
  - _Push_heap_by_index() [核心代码]
- 自定义Comp类

定义

// https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/queue
// CLASS TEMPLATE priority_queue
template <class _Ty, class _Container = vector<_Ty>, class _Pr = less<typename _Container::value_type>>
class priority_queue {public:/* ...... */priority_queue() = default;                 // 默认构造函数explicit priority_queue(const _Pr& _Pred) noexcept(is_nothrow_default_constructible_v<_Container>&& is_nothrow_copy_constructible_v<value_compare>) // strengthened: c(), comp(_Pred) {}/* ...... */
protected:_Container c{};_Pr comp{};
};

_Container ：表示底层容器，默认为vector。(priority_queue是一种配接器。)
_Pr ：表示比较类，默认为仿函式less，因此priority_queue默认为最大堆。

如何实现自定义Comp类

想要自己定义优先队列中元素之间的优先级，需要实现自定义的Comp类，即定义中的_Pr。
我们从push()函数入手，观察priority_queue是如何根据Comp类计算元素之间的优先级的。

priority_queue::push()

// https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/queue
void push(const value_type& _Val) {c.push_back(_Val);_STD push_heap(c.begin(), c.end(), comp);
}

priority_queue::push是借助push_heap实现的。先把插入元素放置在容器尾部，然后通过push_heap将插入元素调整至合适位置。

push_heap()

// https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/algorithm
// FUNCTION TEMPLATE push_heaptemplate <class _RanIt, class _Pr>
_CONSTEXPR20 void push_heap(_RanIt _First, _RanIt _Last, _Pr _Pred) {// push *(_Last - 1) onto heap at [_First, _Last - 1)/* ...... */if (2 <= _Count) {_Iter_value_t<_RanIt> _Val = _STD move(*--_ULast);_Push_heap_by_index(_UFirst, --_Count, _Diff(0), _STD move(_Val), _Pass_fn(_Pred));}
}

当容器内的元素数量大于等于2时，调用_Push_heap_by_index()调整插入元素的位置。

_Push_heap_by_index() [核心代码]

template <class _RanIt, class _Ty, class _Pr>
_CONSTEXPR20 void _Push_heap_by_index(_RanIt _First, _Iter_diff_t<_RanIt> _Hole, _Iter_diff_t<_RanIt> _Top, _Ty&& _Val, _Pr _Pred) {// percolate _Hole to _Top or where _Val belongsusing _Diff = _Iter_diff_t<_RanIt>;for (_Diff _Idx = (_Hole - 1) >> 1; // shift for codegen_Top < _Hole && _DEBUG_LT_PRED(_Pred, *(_First + _Idx), _Val); //_Idx = (_Hole - 1) >> 1) { // shift for codegen// move _Hole up to parent*(_First + _Hole) = _STD move(*(_First + _Idx));_Hole             = _Idx;}*(_First + _Hole) = _STD forward<_Ty>(_Val); // drop _Val into final hole
}

其中

// https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/xutility
#if _ITERATOR_DEBUG_LEVEL < 2
#define _DEBUG_LT_PRED(pred, x, y) static_cast<bool>(pred(x, y))
......

_Pred：一个 Comp (即_Pr)类的实例
_Val：插入元素
_Hole：插入元素当前位置 (偏移值)
_Idx：插入元素当前的父亲节点的位置 (偏移值)
_Top：根节点的位置 (偏移值)
_First：起始迭代器，加上偏移值即为对应元素的迭代器。

使用到_Pred的语句只有一句，即_DEBUG_LT_PRED(_Pred, *(_First + _Idx), _Val)，其中*(_First+_Idx)表示当前的父亲元素。

当返回true时，执行循环语句，交换插入元素与当前父亲元素的位置，插入元素向根移动，即插入元素的优先级更高。
当返回false时，跳出循环，插入元素的移动停止，确定位置。

自定义Comp类

据此我们可以总结自定义Comp类的写法。

自定义Comp是类，即class或struct。
自定义Comp类重载了"()"操作符。
comp(lhs, rhs)返回true时, rhs优先级高。(返回false时，lhs优先级高。)

struct Comp {bool operator() (const T &lhs, const T &rhs) { return lhs.val < rhs.val; }
}
priority_queue<T, vector<T>, Comp> myheap;

另外对于定义了<或>操作符的类型，大根堆可以使用less仿函式，小根堆可以使用greater仿函式。

priority_queue<T> max_heap;                                // '<'有定义时, 表示大根堆
priority_queue<T, vector<T>, greater<T>> min_heap;        // '>'有定义时, 表示小根堆

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