STL学习笔记-- priority_queue

[b]priority_queue 优先队列容器[/b]

优先队列容器也是一种从一端入队，另一端出对的队列。不同于一般队列的是，队列中最大的元素总是位于队首位置，因此，元素的出对并非按照先进先出的要求，将最先入队的元素出对，而是将当前队列中的最大元素出对。
C++ STL 优先队列的泛化，底层默认采用 vector 向量容器，使得队列容器的元素可做数组操作，从而应用堆算法找出当前队列最大元素，并将它调整到队首位置，确保最大元素出队。
堆算法(heap algorithm) 具有 nLog(n) 阶的算法时间复杂度，本章只简单介绍一下，更详细的算法分析，留在后面的算法篇中。此外，优先队列也可看作容器适配器，将底层的序列容器 vector 转换为优先队列 priority_queue.

priority_queue 优先队列容器的 C++ 标准头文件也是 queue ，需要用宏语句 "#include <queue>" 包含进来。

同样是因为仅需取队首和队尾元素的操作，因此 priority_queue 优先队列容器也不提供迭代器，对其他任意位置处的元素进行直接访问操作。使用时，一般用 priority_queue<T> 的形式进行具现， T 是优先队列元素的一个具现类型。

创建 priority_queue 对象
使用 priority_queue 队列之前，要先利用构造函数生成一个优先对象，才可进行元素的入队、出对、取队首及队尾等操作。
1. priority_queue()
默认的构造函数，创建一个空的 priority_queue 对象。例如，下面一行代码使用默认的 vector 为底层容器，创建了一个空的优先队列对象 pq ，数据元素为 int 类型。
priority_queue<int> pq;

2. priority_queue(const priority_queue&)
复制构造函数，用一个优先队列对象创建新的优先队列对象。例如，下面一行代码利用 priority_queue 对象 pq1 ，创建一个以双向链表为底层容器的 priority_queue 对象 pq2 。
// priority_queue<int, list<int> > pq1;
priority_queue<int, list<int> > pq2(pq1);

元素入队
优先队列容器的元素入队函数也是 push 函数，它调用堆算法函数将入队的元素移至队列堆中的正确位置，保证队列优先级高的元素始终位于队首。优先队列也不预设固定的大小，因此 push 函数不判断队列空间是否已满，都将元素放入队列。push 函数不会返回元素入队是否成功的信息。
void push(const value_type& x)

元素出对
优先队列容器的元素出对函数为 pop 函数，将优先级最高的元素删掉。该函数不判断队列是否已为空，都试图将队首元素删除。一般要先判断队列不为空，才进行元素出对操作。

取队首元素
优先队列容器的 top 函数，可用来读取队首元素，即优先级最高的元素。这个函数实际是调用了底层容器的 front 函数。需要注意的是，优先队列容器并不提供获取队尾元素的函数。如下是 top 函数的使用原型。
const value_type& top() const

队列非空判断
优先队列的操作基本都要使用 empty 函数，判断入队和出对的优先队列是否为空，再作下一步的操作。如下是 empty 函数的使用原型。
bool empty()

----------------------------------------- 按优先级分别获取优先队列的所有元素
#include <queue>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
priority_queue<int>  pq;
pq.push(7);
pq.push(19);
pq.push(33);
pq.push(26);
pq.push(29);
// 按优先级大小读取队列元素
while (!pq.empty())
{
// 打印出 33 29 26 19 7
cout << pq.top() << '    ';
pq.pop();
}
cout << endl;

return 0;
}

/*    队列的大小
优先队列的元素个数可用 size 函数获取。如果每次元素入队前，都先检查当前队列的元素个数，以此判断是否再允许元素入队，那么就可实现一个具有固定大小的优先队列。如下是 size 函数的使用原型
size_type  size()

下面的示例程序将优先队列设为 50 个 int 元素大小，并使用具有数组操作符 "[]" 的双端队列 deque 作底层结构，每当元素入队时，都调用 size 函数检查是否会超过限定的长队界限，实现出一个固定大小的优先队列。
*/

------------------------------------------ 固定大小的优先队列
#include <queue>
#include <iostream>
#define QUEUE_SIZE  50
using namespace std;
int main()
{
priority_queue<int, deque<int> >    pq;
if (pq.size() < QUEUE_SIZE)
pq.push(36);
if (pq.size() < QUEUE_SIZE)
pq.push(51);
if (pq.size() < QUEUE_SIZE)
pq.push(12);
if (pq.size() < QUEUE_SIZE)
pq.push(361);
// 元素出对
while (!pq.empty())
{
// 打印 361 51 36 12
cout << pq.top() << '    ';
pq.pop();
}
cout << endl;

return 0;
}

--------------------- priority_queue 小结
priority_queue 优先队列是一种应用相当广泛的数据结构，元素入队后按优先级进行出对，操作系统和一些应用程序的任务调度处理都使用了优先队列来实现。C++ STL 提供的 priority_queue 容器对优先队列的数据结构和受限操作进行了泛化封装，包括队列初始化、元素入队、取队首元素（优先级最高的元素）、元素出对、队列是否为空以及获取当前队列长度等操作。
不同于 queue 队列，priority_queue 优先队列默认使用 vector 作底层架构，获取队首元素的函数为 top 函数，不提供获取队尾的函数。同样地，通过检查当前优先队列长度，可决定是否允许元素入队，以此实现具有固定长度的优先队列。