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如何在Golang中使用container/heap实现堆结构_最小堆和最大堆示例

P粉602998670

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发布时间:2025-12-26 19:38:03

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来源于php中文网

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Go标准库container/heap不直接提供最小堆或最大堆类型,而是通过实现heap.Interface接口(含Len、Less、Swap及Push、Pop方法)配合heap函数使用;最小堆由Less返回a[i]a[j];泛型封装可复用逻辑,支持任意类型和序关系;使用时需传指针、调用Init建堆、注意Pop行为。

如何在golang中使用container/heap实现堆结构_最小堆和最大堆示例

Go 语言标准库 container/heap 并不直接提供最小堆或最大堆类型,而是提供一个通用的堆操作接口,需要你实现 heap.Interface(即 sort.Interface + 两个方法),再配合 heap.Initheap.Pushheap.Pop 等函数使用。关键在于:最小堆和最大堆的区别,只取决于你如何定义 Less(i, j int) bool 方法。

最小堆:按元素值升序排列(小根堆)

要让堆顶始终是最小元素,只需在 Less 中返回 a[i] 。下面是一个基于整数切片的最小堆示例:

// 定义最小堆类型(包装 []int)

type MinHeap []int

func (h MinHeap) Len() int           { return len(h) }
func (h MinHeap) Less(i, j int) bool { return h[i] < h[j] } // 关键:小的在前
func (h MinHeap) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }

func (h *MinHeap) Push(x interface{}) {
    *h = append(*h, x.(int))
}

func (h *MinHeap) Pop() interface{} {
    old := *h
    n := len(old)
    item := old[n-1]
    *h = old[0 : n-1]
    return item
}

// 使用示例

立即学习go语言免费学习笔记(深入)”;

h := &MinHeap{}
heap.Init(h)

heap.Push(h, 5)
heap.Push(h, 2)
heap.Push(h, 8)
heap.Push(h, 1)

fmt.Println(heap.Pop(h)) // 1
fmt.Println(heap.Pop(h)) // 2
fmt.Println(heap.Pop(h)) // 5

最大堆:按元素值降序排列(大根堆)

只需把 Less 的逻辑反过来:返回 a[i] > a[j],其余代码完全一致:

// 定义最大堆类型

type MaxHeap []int

func (h MaxHeap) Len() int           { return len(h) }
func (h MaxHeap) Less(i, j int) bool { return h[i] > h[j] } // 关键:大的在前(即 i 更“小”当 h[i] 更大)
func (h MaxHeap) Swap(i, j int)      { h[i], h[j] = h[j], h[i] }

func (h *MaxHeap) Push(x interface{}) {
    *h = append(*h, x.(int))
}

func (h *MaxHeap) Pop() interface{} {
    old := *h
    n := len(old)
    item := old[n-1]
    *h = old[0 : n-1]
    return item
}

// 使用示例

立即学习go语言免费学习笔记(深入)”;

h := &MaxHeap{}
heap.Init(h)

heap.Push(h, 5)
heap.Push(h, 2)
heap.Push(h, 8)
heap.Push(h, 1)

fmt.Println(heap.Pop(h)) // 8
fmt.Println(heap.Pop(h)) // 5
fmt.Println(heap.Pop(h)) // 2

泛型方式(Go 1.18+):复用逻辑,避免重复定义

若需支持多种类型(如 float64、自定义结构体),可借助泛型封装通用堆结构。注意:标准库 container/heap 本身不支持泛型,但你可以自己写一个泛型 wrapper:

  • 定义一个泛型类型 Heap[T any],内部持有 []T 和比较函数 less func(a, b T) bool
  • 实现 Len/Less/Swap/Push/Pop,其中 Less 调用传入的 less 函数
  • 初始化时传入具体比较逻辑:less: func(a, b int) bool { return a → 最小堆;a > b → 最大堆

这样一份实现即可支持任意可比较类型和任意序关系,无需为每种类型/方向重复写四五个方法。

常见注意事项

  • 必须用指针调用 heap 方法:例如 heap.Push(&h, x),因为 Push/Pop 会修改底层切片(可能触发扩容)
  • 初始化不能省略:即使切片非空,也必须先调用 heap.Init(&h) 建堆,否则结构不满足堆序
  • Pop 返回的是堆顶,不是最后一个元素:它会自动重排剩余元素,保持堆性质
  • 不支持随机访问或查找:heap 不是搜索结构,仅保证堆顶极值,其他位置无序

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