C++如何使用priority_queue_C++优先队列容器与应用示例-C++-PHP中文网

C++如何使用priority_queue_C++优先队列容器与应用示例

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发布： 2025-11-20 18:48:06

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priority_queue是C++ STL中基于堆的容器适配器，默认为最大堆，常用于任务调度、Dijkstra算法等场景。1. 基本用法：包含头文件<queue>，定义方式有priority_queue<int> pq（最大堆）和priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq（最小堆），常用操作包括push、pop、top、empty和size。示例输出为30 20 10。2. 自定义比较：可通过重载operator<或定义比较结构体实现，如Person结构体按年龄排序，使用CompareAge控制优先级方向。3. 实际应用：合并K个有序链表时，利用最小堆维护各链表当前最小节点，时间复杂度O(N log k)，效率高。4. 注意事项：不支持遍历，仅能访问top元素；不可修改已有元素；自定义比较逻辑需注意方向，greater表示小的优先。掌握priority_queue有助于简化贪心与图算法设计。

c++如何使用priority_queue_c++优先队列容器与应用示例

在C++中，priority_queue 是标准模板库（STL）提供的一个容器适配器，用于实现优先队列。它基于堆结构，默认情况下使用最大堆，即每次取出的元素是当前队列中最大的。它常用于需要按优先级处理数据的场景，比如任务调度、Dijkstra最短路径算法等。

1. priority_queue的基本用法

头文件： 使用 #include <queue> 即可引入 priority_queue。

定义方式：

priority_queue<int> pq;：默认最大堆，顶部是最大值。
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;：最小堆，顶部是最小值。

常用操作：

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pq.push(x)：插入元素 x。
pq.pop()：移除顶部元素（不返回）。
pq.top()：获取顶部元素。
pq.empty()：判断是否为空。
pq.size()：返回元素个数。

示例代码：

#include <iostream>
#include <queue>
using namespace std;
<p>int main() {
priority_queue<int> pq;
pq.push(10);
pq.push(30);
pq.push(20);</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">while (!pq.empty()) {
    cout << pq.top() << " ";
    pq.pop();
}
// 输出：30 20 10
return 0;

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}

2. 自定义比较函数（结构体或类）

当需要处理自定义类型（如结构体）时，可以通过重载比较运算符或提供比较类来定义优先级规则。

方法一：重载 operator<

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struct Person {
    string name;
    int age;
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}
<pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">bool operator<(const Person& p) const {
    return age < p.age; // 年龄大的优先级高（最大堆）
}

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};

priority_queue<Person> pq; pq.push(Person("Alice", 25)); pq.push(Person("Bob", 30)); cout << pq.top().name; // 输出 Bob

方法二：自定义比较结构体

struct CompareAge {
    bool operator()(const Person& a, const Person& b) {
        return a.age < b.age; // 最大堆
    }
};
priority_queue<Person, vector<Person>, CompareAge> pq;

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若想实现年龄小的优先，则改为：a.age > b.age，即可变为最小堆逻辑。

3. 实际应用示例：合并K个有序链表

LeetCode经典题：使用 priority_queue 维护每条链表当前最小节点，每次取出最小值节点加入结果链表。

#include <queue>
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};
<p>struct Compare {
bool operator()(ListNode<em> a, ListNode</em> b) {
return a->val > b->val; // 最小堆：值小的优先
}
};</p><p>ListNode<em> mergeKLists(vector<ListNode</em>>& lists) {
priority_queue<ListNode<em>, vector<ListNode</em>>, Compare> pq;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;"><pre class="brush:php;toolbar:false;">for (ListNode* head : lists) {
    if (head) pq.push(head);
}

ListNode dummy(0);
ListNode* tail = &dummy;

while (!pq.empty()) {
    ListNode* node = pq.top(); pq.pop();
    tail->next = node;
    tail = tail->next;
    if (node->next) pq.push(node->next);
}

return dummy.next;

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}

该方法时间复杂度为 O(N log k)，其中 N 是所有节点总数，k 是链表数量，效率较高。