顺序容器 — heap

最后更新于:2022-04-01 19:54:12

heap不属于STL容器,它扮演者priority queue的助手。heap是一种完全二叉树,可由数组来实现,但heap需要动态改变大小,所以最终选择了vector作为底层容器。STL默认提供最大堆。 题外话:分析heap的源码就能清楚的理解堆这种数据结构的例程,而STL库代码的质量又很高,所以看堆的代码,STL源码是一个很好的选择。 为了满足完全二叉树的性质,新插入的元素一定最后一个叶子节点,也就是容器尾端,再然后再进行上滤操作,让新元素找到正确的位置。以push_heap为例: ~~~ template // 新元素已插入容器尾部 inline void push_heap(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last) { __push_heap_aux(first, last, distance_type(first), value_type(first)); } ~~~ 这个函数已经假设新插入元素已经位于vector的尾端,所以last指向新元素之后的一个位置。distance_type和value_type都是通过特性萃取机(iterator_traits)提取迭代器的相应类型:difference_type和value_type。提取过程如下: ~~~ template inline typename iterator_traits::difference_type* distance_type(const Iterator&) { // 决定迭代器difference_type return static_cast::difference_type*>(0); } template inline typename iterator_traits::value_type* value_type(const Iterator&) { // 决定迭代器value_type return static_cast::value_type*>(0); } ~~~ 注意,这里使用了static_cast把0进行了转换,由于我们是需要迭代器所内嵌的类型,而不关心具体值,所以用0来代替是OK的。 push_heap内部调用函数__push_heap_aux,代码如下: ~~~ template inline void __push_heap_aux(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Distance*, T*) { __push_heap(first, Distance((last - first) - 1), Distance(0), T(*(last - 1))); // 新插入元素值 } ~~~ 最后两个参数只有类型名,没有参数名,印证了前面的说法。这个函数内部又调用了一个__push_heap函数,这个函数做了实际的上滤操作。在看__push_heap的源码之前,先分析一下它的四个参数: - first:迭代器,指向容器开头。 - Distance((last - first) - 1):last - first - 1是新插入元素的下标值,这里用了一个C风格的类型转换,符合泛型思想。 - Distance(0):根元素的下标值,同样进行了类型转换。 - T(*(last - 1)):新插入元素的元素值,是上滤操比较操作的基础。 下面是核心代码: ~~~ template void __push_heap(RandomAccessIterator first, Distance holeIndex, Distance topIndex, T value) { Distance parent = (holeIndex - 1) / 2; // 父节点下标 while (holeIndex > topIndex && *(first + parent) < value) { // value为新插入元素值 *(first + holeIndex) = *(first + parent); holeIndex = parent; // 上移 parent = (holeIndex - 1) / 2; // 上移 } *(first + holeIndex) = value; } ~~~ SGI STL的heap,元素是从vector的下标0开始排的,知道了这一点,看这段代码就很轻松了。 参考: 《STL源码剖析》 P172.
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