C++仿函数的介绍以及priority_queue的介绍和模拟实现

时间：2024-10-05 08:20:26

目录

1.仿函数

1.1仿函数的介绍

1.2自定义类型使用仿函数 

1.3自定义支持比较大小，但是比较的逻辑不是自己想要的逻辑

 2.优先级队列priority_queue

2.1priority_queue的介绍

2.2priority_queue的使用

2.3priority_queue的模拟实现 

1.仿函数

1.1仿函数的介绍

        仿函数的本质是一个类模板，只是这个类重载了operator(),所以当使用一个它的对象时看起来像使用和函数一样，所以被称为仿函数。

        下面通过仿函数的形式来写一个小于和大于的比较：

#include <iostream>
using namepsace std;

template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};

template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

int main()
{
	Less<int> less_func;
	Greater<int> greater_fun;
	int a = 5;
	int b = 10;
	cout << less_func(a, b) << endl;
	cout << greater_fun(a, b) << endl;

	return 0;
}

1.2自定义类型使用仿函数 

        自定义类型需要使用仿函数进行比较时，需要在自定义类型里面提供<和>等比较运算符的重载。例如对日期类进行比较：

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};

template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:
	Date(int year = 1900, 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);
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Less<Date> less_func;
	Greater<Date> greater_func;
	Date d1(2024, 9, 10);
	Date d2(2024, 8, 15);
	cout << less_func(d1, d2) << endl;
	cout << greater_func(d1, d2) << endl;
	return 0;
}

 1.3自定义支持比较大小，但是比较的逻辑不是自己想要的逻辑

         这个时候仿函数需要我们自己进行重新，比如想通过比较日期类的指针进行日期的比较时，就需要将仿函数写成下面这个样子：

#include <iostream>
using namespace std;

class DateLess
{
public:
	bool operator()(Date* p1, Date* p2)
	{
		return *p1 < *p2;
	}
};

//日期类参考上一个代码中的日期类

int main()
{

	Date d1(2024, 9, 10);
	Date d2(2024, 8, 15);

	Date* p1 = &d1;
	Date* p2 = &d2;
	DateLess func;

	cout << func(p1, p2) << endl;
	cout << func(p2, p1) << endl;
	return 0;
}

 2.优先级队列priority_queue

2.1priority_queue的介绍

        priority_queue的文档介绍

1.优先队列是一种容器适配器，根据严格的弱排序标准，它的第一个元素总是它所包含的元素中最大的。priority_queue包含在queue这个头文件中。

2.类似于堆，在堆中可以随时插入元素，并且只能检索最大堆元素(优先队列中位于顶部的元素)。在这里面(堆的介绍)中可以进行对堆的了解。

3.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：

(1)empty()：检测容器是否为空。

(2)size()：返回容器中有效元素个数。

(3)front()：返回容器中第一个元素的引用。

(4)push_back()：在容器尾部插入元素。

(5)pop_back()：删除容器尾部元素。

4.标准容器vector和deque满足这些需求。默认情况下，如果没有为特定的epriority_queue类实例化指定容器类，则使用vector。

5.需要支持随机访问迭代器，以便始终在内部保持堆结构。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()来自动完成操作。

2.2priority_queue的使用

        优先级队列默认使用vector作为其底层存储数据的容器，在vector上又使用dui算法将vector中元素构造成堆的结构，因此priority_queue就是堆，所以需要用到堆的位置，都可以考虑使用priority_queue。注意：默认情况下priority_queue是大堆。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional>
using namespace std;

void test_priority_queue()
{
	// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
	vector<int> v{3, 2, 7, 6, 0, 4, 1, 9, 8, 5};
	priority_queue<int> q1;
	for (auto& e : v)
		q1.push(e);

	while(!q1.empty())
	{
		cout << q1.top() << " ";
		q1.pop();
	}
}

int main()
{
	test_priority_queue();
	return 0;
}

        如果每次访问顶部元素时都访问的是最小元素，则需要建立小堆。使用的时候只需要把上述priority_queue<int> q1 改为 priority_queue<int, vector<int>, greater<int>>即可，默认大堆的情况下，给的仿函数是less<int>。

2.3priority_queue的模拟实现 

         优先级队列的存储结构就是一个堆，里面的向上调整算法(AdjustUp())和向下调整算法(AdjustDown())参考堆的结构和实现。

#pragma once
#include <vector>
template<class T>
class Less
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x < y;
	}
};

template<class T>
class Greater
{
public:
	bool operator()(const T& x, const T& y)
	{
		return x > y;
	}
};


namespace XiaoC
{
	//默认是大堆,排升序,用小于符号
	template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = Less<T>>
	class priority_queue
	{
	public:
		void AdjustUp(int child)
		{
			Compare com;
			int parent = (child - 1) / 2;
			while (child > 0)
			{
				//if (_con[parent] < _con[child])
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					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)
		{
			// 先假设左孩子小
			int child = parent * 2 + 1;

			Compare com;
			while (child < _con.size())  // child >= n说明孩子不存在，调整到叶子了
			{
				// 找出小的那个孩子
				//if (child + 1 < _con.size() && _con[child] < _con[child + 1])
				if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child], _con[child + 1]))
				{
					++child;
				}

				//if (_con[parent] < _con[child])
				if (com(_con[parent], _con[child]))
				{
					swap(_con[child], _con[parent]);
					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() const
		{
			return _con[0];
		}

		size_t size() const
		{
			return _con.size();
		}

		bool empty() const
		{
			return _con.empty();
		}
	private:
		Container _con;
	};
}

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