c++中的std::priority_queue如何使用_优先队列的结构特点与用法说明

std::priority_queue是基于实现的自动排序容器,默认为最大堆,仅允许访问顶部元素,支持自定义比较器以实现最小堆或结构体排序,常用于Dijkstra算法、任务调度等需动态获取最优先级元素的场景。

c++中的std::priority_queue如何使用_优先队列的结构特点与用法说明

std::priority_queue 是 c++ 标准库中定义在 <queue> 头文件里的容器适配器,用于实现一个自动排序的队列结构。它基于堆(heap)数据结构,默认情况下是一个最大堆,也就是说每次取出的元素都是当前队列中最大的。

优先队列的基本结构特点

std::priority_queue 并不是一个独立的容器,而是基于其他序列容器(如 vector 或 deque)构建的堆结构。其核心特性包括:

  • 自动排序:插入元素后,内部会自动调整堆结构,确保优先级最高的元素位于顶部。
  • 只能访问顶部元素:只允许访问或移除堆顶元素(即最高优先级),不能遍历或直接访问其他元素。
  • 默认是最大堆:使用 std::less 作为比较器,顶部为最大值。
  • 底层容器可配置:通常使用 vector 作为默认底层容器,也可以指定 deque 等支持随机访问的容器。

基本用法与常用操作

创建和使用 priority_queue 非常直观。以下是最常见的操作方式:

 #include <queue> #include <iostream>  std::priority_queue<int> pq; // 默认最大堆  pq.push(10); pq.push(30); pq.push(20);  std::cout << pq.top() << "n"; // 输出 30 pq.pop(); std::cout << pq.top() << "n"; // 输出 20 

主要成员函数有:

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  • push(element):插入元素,并重新调整堆结构。
  • pop():移除堆顶元素(不返回值)。
  • top():返回堆顶元素的引用(最大或最小,取决于比较器)。
  • empty():判断队列是否为空。
  • size():返回元素个数。

自定义比较方式(最小堆或结构体排序)

如果需要最小堆,可以通过指定比较器来实现:

 std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> min_pq; min_pq.push(30); min_pq.push(10); min_pq.push(20); std::cout << min_pq.top() << "n"; // 输出 10 

对于自定义类型,比如结构体,可以重载比较函数或提供仿函数:

 struct Person {     int age;     std::string name; };  // 自定义比较器:按年龄升序(小顶堆) auto cmp = [](const Person& a, const Person& b) {     return a.age > b.age; // 注意:这里 > 表示优先级更高的是更小的数 }; std::priority_queue<Person, std::vector<Person>, decltype(cmp)> pq_person(cmp); 

常见应用场景

std::priority_queue 常用于需要动态维护“最优先”元素的场景:

  • 实现 Dijkstra 最短路径算法中的节点选取。
  • 合并多个有序链表时,快速获取最小头节点。
  • 任务调度系统中,按优先级执行任务。
  • 求数据流中第 K 大/小的元素。

基本上就这些。std::priority_queue 使用简单,性能高效,只要理解它是“只能取最大或最小”的自动排序容器,就能避免误用。注意比较器逻辑,尤其是自定义类型时别写反了优先级方向。基本上就这些。

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