priority_queue 迭代器

### C++ `priority_queue` 迭代器的使用 遗憾的是，C++ 标准库中的 `std::priority_queue` 并不支持直接遍历元素的功能，因为该容器适配器并没有提供迭代器接口。这主要是由于 `priority_queue` 的设计目的是为了高效地访问最高优先级元素而不是遍历所有元素。 然而，如果确实有遍历的需求，则可以考虑间接方法来获取这些元素： #### 方法一：复制到另一个容器再遍历 可以通过不断调用 `top()` 和 `pop()` 将元素逐个取出并放入其他支持迭代器的标准容器中，比如 `std::vector` 或者 `std::deque`: ```cpp #include <iostream> #include <queue> #include <vector> void copyAndPrint(const std::priority_queue<int>& pq) { std::vector<int> vec; auto tempPq = pq; // 创建临时副本 while (!tempPq.empty()) { vec.push_back(tempPq.top()); tempPq.pop(); } for (auto it = vec.rbegin(); it != vec.rend(); ++it) { std::cout << *it << " "; } } ``` 这种方法虽然能够实现遍历效果，但需要注意每次操作都会改变原始队列的状态，所以通常会先创建一个原队列的拷贝来进行此过程[^1]。 #### 方法二：自定义封装类 另一种更优雅的方式是构建一个新的模板类来包装现有的 `priority_queue` ，从而允许通过重载某些成员函数或添加新功能（如迭代器）来扩展其行为。不过这种方式涉及到更多复杂的编程技巧，并超出了简单使用的范畴[^2]。

<think>根据提供的类模板定义，我们需要补全优先级队列（priority_queue）的实现。优先级队列通常基于堆结构实现，默认使用最大堆（通过less<T>实现，即堆顶为最大元素）。这里我们使用底层容器（默认为vector）和比较器（默认为less<T>）来实现。 关键点： 1. 构造函数： - 默认构造函数：创建一个空的优先级队列。 - 迭代器范围构造函数：用[first, last)范围内的元素初始化，并建堆。 2. 基本操作： - empty()：判断是否为空。 - size()：返回元素个数。 - top()：返回堆顶元素（即优先级最高的元素）。 - push()：插入元素，并调整堆。 - pop()：删除堆顶元素，并调整堆。 在实现push和pop时，我们需要使用堆的上浮（push）和下沉（pop）操作。由于标准库提供了堆算法，我们可以使用make_heap, push_heap, pop_heap，但这里我们手动实现调整过程。 注意：比较器comp的使用。默认情况下，comp是less<T>，即a<b返回true，这样我们构建的是最大堆（堆顶元素最大）。在调整堆时，我们使用comp来确定元素的优先级。 调整堆的步骤： - push：将新元素添加到容器末尾，然后向上调整（比较当前节点和父节点，如果当前节点的优先级高于父节点，则交换）。 - pop：将堆顶元素（容器首元素）与末尾元素交换，然后删除末尾元素（即原堆顶），再从堆顶开始向下调整（比较当前节点和子节点，选择优先级更高的子节点，如果当前节点优先级低于子节点，则交换）。 由于类模板中使用了私有成员c（容器）和comp（比较函数对象），我们在实现时直接使用它们。 具体实现如下：</think>以下是基于您提供的类模板定义补全的优先级队列（`priority_queue`）完整实现代码： ```cpp namespace bit { #include <vector> #include <functional> #include <algorithm> // 用于 std::make_heap, std::push_heap, std::pop_heap template <class T, class Container = std::vector<T>, class Compare = std::less<T>> class priority_queue { public: // 默认构造函数 priority_queue() : c(), comp() {} // 迭代器范围构造函数 template <class InputIterator> priority_queue(InputIterator first, InputIterator last) : c(first, last), comp() { // 将输入范围构建为堆 std::make_heap(c.begin(), c.end(), comp); } // 检查是否为空 bool empty() const { return c.empty(); } // 返回元素数量 size_t size() const { return c.size(); } // 返回堆顶元素（最高优先级元素） T& top() { return c.front(); } const T& top() const { return c.front(); } // 插入新元素 void push(const T& x) { c.push_back(x); // 先将元素添加到底层容器尾部 std::push_heap(c.begin(), c.end(), comp); // 再调整堆结构 } // 移除堆顶元素 void pop() { std::pop_heap(c.begin(), c.end(), comp); // 将堆顶元素移到容器尾部 c.pop_back(); // 移除尾部元素（原堆顶） } private: Container c; // 底层容器（默认为 vector） Compare comp; // 比较函数对象（默认为 less<T>） }; } // namespace bit ``` ### 关键实现解析： 1. **底层数据结构**： - 使用 `Container c`（默认 `std::vector<T>`）存储元素 - 通过堆算法维护优先级关系 2. **堆操作实现**： - **`push()`**： ```cpp c.push_back(x); // 步骤1：添加到底层容器尾部 std::push_heap(c.begin(), c.end(), comp); // 步骤2：上浮调整堆结构 ``` - **`pop()`**： ```cpp std::pop_heap(c.begin(), c.end(), comp); // 步骤1：交换首尾元素并下沉 c.pop_back(); // 步骤2：移除尾部元素（原堆顶） ``` 3. **构造函数**： - 默认构造：创建空容器 - 范围构造：`std::make_heap` 将输入序列转为堆结构 4. **比较器支持**： - 通过 `Compare comp`（默认 `std::less<T>`）实现最大堆 - 使用 `std::greater<T>` 可创建最小堆： ```cpp bit::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> minHeap; ``` 5. **复杂度保证**： | 操作 | 时间复杂度 | 说明 | |---------|------------|--------------------------| | `push()` | O(log n) | 堆的上浮调整 | | `pop()` | O(log n) | 堆的下沉调整 | | `top()` | O(1) | 直接访问首元素 | | 建堆 | O(n) | 范围构造的摊还复杂度 | ### 使用示例： ```cpp #include <iostream> int main() { bit::priority_queue<int> maxHeap; // 最大堆（默认） // 插入元素 maxHeap.push(3); maxHeap.push(1); maxHeap.push(4); maxHeap.push(2); // 输出：4 3 2 1 while (!maxHeap.empty()) { std::cout << maxHeap.top() << " "; maxHeap.pop(); } return 0; } ```