C++ STL之queue（和priority_queue）技术全面解析

闲谈

2023-12-11 02:50:37

队列和优先队列：C++ 中管理数据结构的强大工具

在计算机科学中，队列和优先队列是两种基本的数据结构，用于以特定的顺序组织和管理数据。它们在各种应用程序中发挥着至关重要的作用，从任务调度到消息传递。

什么是队列？

队列是一种遵循先进先出 (FIFO) 原则的数据结构。这意味着队列中第一个添加的元素将是第一个被移除的元素。想象一下在一个杂货店排队的场景。您加入队列的顺序决定了您得到服务的顺序。

C++ 标准模板库 (STL) 中的队列使用双向链表或循环数组实现。它提供以下操作：

push()：将元素添加到队列的末尾。
pop()：从队列的开头移除并返回元素。
front()：返回队列中第一个元素，但不将其移除。
back()：返回队列中最后一个元素，但不将其移除。
size()：返回队列中元素的数量。
empty()：检查队列是否为空。

什么是优先队列？

优先队列是一种特殊类型的队列，它将元素存储在一个堆中。堆是一种数据结构，它将元素组织成树形结构，具有最高优先级的元素位于根部。

STL 中的优先队列使用堆实现，提供以下操作：

push()：将元素添加到优先队列中，并根据其优先级将其插入到正确的位置。
pop()：从优先队列中移除并返回具有最高优先级的元素。
top()：返回具有最高优先级的元素，但不将其移除。
empty()：检查优先队列是否为空。

队列和优先队列的应用

队列和优先队列在各种应用程序中都有应用，包括：

任务调度： 队列可用于管理等待处理的任务，确保按添加顺序执行任务。
消息队列： 队列可用于存储和处理消息，例如电子邮件或聊天消息。
搜索算法： 优先队列可用于实现广度优先搜索和深度优先搜索算法，这些算法需要根据优先级遍历图形或树。
事件处理： 队列可用于管理事件，例如鼠标点击或键盘输入，确保事件按发生的顺序处理。
内存管理： 优先队列可用于管理内存块，优先级较高的块优先分配。

代码示例

队列示例：

#include <queue>

int main() {
  std::queue<int> q;

  // 向队列中添加元素
  q.push(1);
  q.push(2);
  q.push(3);

  // 从队列中删除第一个元素
  std::cout << q.front() << std::endl; // 输出：1
  q.pop();

  // 打印剩余元素
  while (!q.empty()) {
    std::cout << q.front() << std::endl;
    q.pop();
  }

  return 0;
}

优先队列示例：

#include <queue>

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

  // 向优先队列中添加元素
  pq.push(1);
  pq.push(2);
  pq.push(3);

  // 从优先队列中删除具有最高优先级的元素
  std::cout << pq.top() << std::endl; // 输出：3
  pq.pop();

  // 打印剩余元素
  while (!pq.empty()) {
    std::cout << pq.top() << std::endl;
    pq.pop();
  }

  return 0;
}