C++中std::priority_queue的使用小结

更新时间：2025年04月07日 08:37:03 作者：点云SLAM

std::priority_queue是C++ STL提供的优先队列,本文主要介绍了C++中std::priority_queue的使用小结,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下

1. 基本用法

(1) 头文件

要使用 std::priority_queue，需要包含：

#include <queue>
#include <vector>
#include <iostream>

(2) 默认情况（最大堆）

默认情况下，std::priority_queue 是最大堆，即堆顶是最大元素：

std::priority_queue<int> pq;  // 默认是最大堆

示例：

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::priority_queue<int> pq;

    pq.push(10);
    pq.push(30);
    pq.push(20);

    std::cout << "堆顶元素：" << pq.top() << std::endl;  // 输出 30

    pq.pop();  // 移除 30
    std::cout << "新的堆顶：" << pq.top() << std::endl;  // 输出 20

    return 0;
}

✅ 特点

push() 插入元素，自动维护最大堆。
top() 获取当前最大元素（堆顶）。
pop() 移除堆顶元素（但不返回它）。
size() 获取队列大小。
empty() 检查队列是否为空。

2. 自定义最小堆

如果要实现最小堆（堆顶是最小元素），可以用 std::greater<T>：

std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq_min;

示例：

#include <iostream>
#include <queue>

int main() {
    std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq_min;

    pq_min.push(10);
    pq_min.push(30);
    pq_min.push(20);

    std::cout << "堆顶元素：" << pq_min.top() << std::endl;  // 输出 10

    pq_min.pop();
    std::cout << "新的堆顶：" << pq_min.top() << std::endl;  // 输出 20

    return 0;
}

✅ 重点

std::greater<int> 使 priority_queue 变成最小堆。

3. 自定义比较函数（结构体/仿函数）

(1) 结构体仿函数

struct Compare {
    bool operator()(int a, int b) {
        return a > b;  // 最小堆（a > b 表示 a 在 b 下面）
    }
};
std::priority_queue<int, std::vector<int>, Compare> pq;

示例：

#include <iostream>
#include <queue>

struct Compare {
    bool operator()(int a, int b) {
        return a > b;  // 让小的元素优先级高
    }
};

int main() {
    std::priority_queue<int, std::vector<int>, Compare> pq;

    pq.push(10);
    pq.push(30);
    pq.push(20);

    std::cout << "堆顶元素：" << pq.top() << std::endl;  // 输出 10

    pq.pop();
    std::cout << "新的堆顶：" << pq.top() << std::endl;  // 输出 20

    return 0;
}

✅ 优点

适用于复杂的数据结构（如 struct）。
允许灵活定义优先级。

4. 处理结构体类型

如果 priority_queue 存储的是自定义结构体，需要提供比较规则。

(1) 按权重排序的任务调度

#include <iostream>
#include <queue>

struct Task {
    int id;
    int priority;

    // 重载运算符，用于最大堆（优先级大的优先）
    bool operator<(const Task& other) const {
        return priority < other.priority;  // 优先级高的排前面
    }
};

int main() {
    std::priority_queue<Task> pq;

    pq.push({1, 3});
    pq.push({2, 5});
    pq.push({3, 1});

    std::cout << "最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl;  // 输出 2

    pq.pop();
    std::cout << "新的最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl;  // 输出 1

    return 0;
}

✅ 特点

默认是最大堆，因此 operator< 定义为优先级小的在下面。

(2) 使用自定义比较函数

如果不能修改 struct，可以使用外部比较函数：

struct CompareTask {
    bool operator()(const Task& a, const Task& b) {
        return a.priority > b.priority;  // 最小堆
    }
};

std::priority_queue<Task, std::vector<Task>, CompareTask> pq;

完整示例：

#include <iostream>
#include <queue>

struct Task {
    int id;
    int priority;
};

// 使 priority_queue 变成最小堆
struct CompareTask {
    bool operator()(const Task& a, const Task& b) {
        return a.priority > b.priority;  // 小优先级的任务优先
    }
};

int main() {
    std::priority_queue<Task, std::vector<Task>, CompareTask> pq;

    pq.push({1, 3});
    pq.push({2, 5});
    pq.push({3, 1});

    std::cout << "最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl;  // 输出 3

    pq.pop();
    std::cout << "新的最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl;  // 输出 1

    return 0;
}

✅ 适用场景

优先队列调度算法
事件驱动仿真
A 搜索（最短路径算法）*

5. priority_queue 适用场景

应用场景	用法
最大堆（默认）	std::priority_queue<int>
最小堆	std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>>
存储结构体（最大堆）	结构体重载 <
存储结构体（最小堆）	std::greater<> 或自定义 Compare
K 大/小元素	维护大小为 K 的堆
Dijkstra / A 搜索*	结合 std::pair<int, int> 进行路径计算

6. 经典应用示例

(1) 找到前 K 个最大元素

#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>

void findTopK(std::vector<int>& nums, int k) {
    std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq; // 最小堆

    for (int num : nums) {
        pq.push(num);
        if (pq.size() > k) pq.pop();  // 只保留 k 个最大值
    }

    std::cout << "前 " << k << " 个最大元素：" << pq.top() << std::endl;
}

int main() {
    std::vector<int> nums = {3, 1, 5, 12, 2, 11};
    findTopK(nums, 3);  // 输出 5
}

✅ 复杂度：O(N log K)

总结

std::priority_queue 默认是最大堆，可以用 std::greater<> 实现最小堆。
存储结构体时，可以使用重载 < 运算符或自定义比较器。
适用于任务调度、路径搜索（Dijkstra/A）等场景*。

到此这篇关于C++中std::priority_queue的使用小结的文章就介绍到这了,更多相关C++ std::priority_queue的使用内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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