std::priority_queue 是 C++ STL 提供的 优先队列，它是一种 最大堆（默认情况下），可以用于高效地获取当前最大（或最小）的元素。
1. 基本用法
(1) 头文件
要使用 std::priority_queue，需要包含：
#include <queue>
#include <vector>
#include <iostream>
(2) 默认情况（最大堆）
默认情况下，std::priority_queue 是 最大堆，即 堆顶是最大元素：
std::priority_queue<int> pq; // 默认是最大堆
示例：
#include <iostream>
#include <queue>
int main() {
std::priority_queue<int> pq;
pq.push(10);
pq.push(30);
pq.push(20);
std::cout << "堆顶元素：" << pq.top() << std::endl; // 输出 30
pq.pop(); // 移除 30
std::cout << "新的堆顶：" << pq.top() << std::endl; // 输出 20
return 0;
}
✅ 特点
push()插入元素，自动维护最大堆。top()获取当前最大元素（堆顶）。pop()移除堆顶元素（但不返回它）。size()获取队列大小。empty()检查队列是否为空。
2. 自定义最小堆
如果要实现 最小堆（堆顶是最小元素），可以用 std::greater<T>：
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq_min;
示例：
#include <iostream>
#include <queue>
int main() {
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq_min;
pq_min.push(10);
pq_min.push(30);
pq_min.push(20);
std::cout << "堆顶元素：" << pq_min.top() << std::endl; // 输出 10
pq_min.pop();
std::cout << "新的堆顶：" << pq_min.top() << std::endl; // 输出 20
return 0;
}
✅ 重点
std::greater<int>使priority_queue变成 最小堆。
3. 自定义比较函数（结构体/仿函数）
(1) 结构体仿函数
struct Compare {
bool operator()(int a, int b) {
return a > b; // 最小堆（a > b 表示 a 在 b 下面）
}
};
std::priority_queue<int, std::vector<int>, Compare> pq;
示例：
#include <iostream>
#include <queue>
struct Compare {
bool operator()(int a, int b) {
return a > b; // 让小的元素优先级高
}
};
int main() {
std::priority_queue<int, std::vector<int>, Compare> pq;
pq.push(10);
pq.push(30);
pq.push(20);
std::cout << "堆顶元素：" << pq.top() << std::endl; // 输出 10
pq.pop();
std::cout << "新的堆顶：" << pq.top() << std::endl; // 输出 20
return 0;
}
✅ 优点
- 适用于复杂的数据结构（如
struct）。 - 允许灵活定义优先级。
4. 处理结构体类型
如果 priority_queue 存储的是 自定义结构体，需要提供比较规则。
(1) 按权重排序的任务调度
#include <iostream>
#include <queue>
struct Task {
int id;
int priority;
// 重载运算符，用于最大堆（优先级大的优先）
bool operator<(const Task& other) const {
return priority < other.priority; // 优先级高的排前面
}
};
int main() {
std::priority_queue<Task> pq;
pq.push({
1, 3});
pq.push({
2, 5});
pq.push({
3, 1});
std::cout << "最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl; // 输出 2
pq.pop();
std::cout << "新的最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl; // 输出 1
return 0;
}
✅ 特点
- 默认是最大堆，因此
operator<定义为 优先级小的在下面。
(2) 使用自定义比较函数
如果不能修改 struct，可以使用 外部比较函数：
struct CompareTask {
bool operator()(const Task& a, const Task& b) {
return a.priority > b.priority; // 最小堆
}
};
std::priority_queue<Task, std::vector<Task>, CompareTask> pq;
完整示例：
#include <iostream>
#include <queue>
struct Task {
int id;
int priority;
};
// 使 priority_queue 变成最小堆
struct CompareTask {
bool operator()(const Task& a, const Task& b) {
return a.priority > b.priority; // 小优先级的任务优先
}
};
int main() {
std::priority_queue<Task, std::vector<Task>, CompareTask> pq;
pq.push({
1, 3});
pq.push({
2, 5});
pq.push({
3, 1});
std::cout << "最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl; // 输出 3
pq.pop();
std::cout << "新的最高优先级任务 ID：" << pq.top().id << std::endl; // 输出 1
return 0;
}
✅ 适用场景
- 优先队列调度算法
- 事件驱动仿真
- A 搜索（最短路径算法）*
5. priority_queue 适用场景
| 应用场景 | 用法 |
|---|---|
| 最大堆（默认） | std::priority_queue<int> |
| 最小堆 | std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> |
| 存储结构体（最大堆） | 结构体重载 < |
| 存储结构体（最小堆） | std::greater<> 或自定义 Compare |
| K 大/小元素 | 维护大小为 K 的堆 |
| Dijkstra / A 搜索* | 结合 std::pair<int, int> 进行路径计算 |
6. 经典应用示例
(1) 找到前 K 个最大元素
#include <iostream>
#include <queue>
#include <vector>
void findTopK(std::vector<int>& nums, int k) {
std::priority_queue<int, std::vector<int>, std::greater<int>> pq; // 最小堆
for (int num : nums) {
pq.push(num);
if (pq.size() > k) pq.pop(); // 只保留 k 个最大值
}
std::cout << "前 " << k << " 个最大元素：" << pq.top() << std::endl;
}
int main() {
std::vector<int> nums = {
3, 1, 5, 12, 2, 11};
findTopK(nums, 3); // 输出 5
}
✅ 复杂度：O(N log K)
总结
std::priority_queue默认是 最大堆，可以用std::greater<>实现 最小堆。- 存储结构体时，可以使用 重载
<运算符 或 自定义比较器。 - 适用于 任务调度、路径搜索（Dijkstra/A）等场景*。