C++ 头文件系列(queue)

简介

这个头文件定义了两个跟队列有关的类----quque、priority_queue，分别实现的是队列和 优先队列这两个概念。但是与这两个类模版与其它类模版（vector、array等）最大的不同是，它们是 容器适配器。

容器适配器

顾名思义，容器适配器是对容器的适配，从代码层面来讲，它就是对容器的再封装。因此，这些容器适配器实际上都是由其他容器的功能实现的。不难看出， 容器适配器所具有的功能是内部容器功能的子集。

普通的类封装一般是为了封装成特定问题领域下的类，提供特定的接口，以解决开发中遇到的实际问题为主要目的；而作为一门语言库中的库类，它们更多考虑的是可重用性，所以库类一般封装成像stack、quque等具有抽象性的概念。

队列

你可以把队列看成一种被适配的容器，它有两个重要的特性：

FIFO（first-in first-out）：先入队的元素总是先出队。
两端出入：元素从一端入队，从另一端出队。

操作对应的成员函数

入队 -> push
出队 -> pop

为什么少了很多常见函数

细心的你们肯定发现了，queue类模版提供的函数很少，一些非常常见的函数都没有。如果让我用一句话来解释的话，那就是----所有涉及头尾两端外的位置的函数，都不在队列的概念内！

因为在队列中，所有元素的存取都只能通过入队和出队操作。如果你想获取位于中间位置的元素，那么对不起，你只能先把前面的元素取出来；如果你想对队中的元素本身进行操作，抱歉，你得先获取它（当然，然，出于实际上的方便使用，queue类模版还是包含了一些本不在概念内的函数：size、back等）。在队列上的操作是非常有限的，所以队列只在一些特殊且适合情况下才被使用。

那这些消失的函数都包括哪些呢？

所有Iterator函数：没错，是所有，你没有看错！因为所有迭代器都可以通过步进（advance函数或者算数加减）操作，从而指向队列中间的元素。
更改大小的非pop非push函数（包括增加和删除）：队列大小的改变只能被入队出队操作影响。
所有随机存取函数 ：元素的获取只能按序，而获取是操作的前提。

优先队列

优先队列也是一中容器适配器，这种队列主要具有以下两个性质：

按优先级排序
按优先级获取

在优先队列中，所有的元素都是按照优先级排序。具体来说，当每一次元素入队时，都会对队列进行优先级排序，优先级最高的排在最前面，优先级最低的排在最后面。而获取元素时，只能按优先级从高到底依次获取。

从某种意义上来说，队列（queue）和优先队列（priority_queue）是相似的，甚至可以说 队列是优先队列的特殊情况。它们都按照某种规律排序，只是排序的规则不同： 队列按元素的入队时间排序，优先队列按元素优先级排序。

优先级

那么如何定义该种队列的优先级呢？在声明优先队列对象的时候，你可以传递一个二元谓词（Binary Predicate）来执行排序的任务。如果你不传递自定义的二元谓词，则优先队列默认使用functional头文件中的less函数对象。

这个二元谓词执行严格弱序排序（Strick Weak Ordering）。这个排序有以下四个属性（假设comp为比较操作，x、y、z为待比较的元素, x non-comp y等价于(x comp y) == false && (x comp y) == false)）：

自反性（(x comp x) == false）
不对称性（(x comp y) ！= (y comp x)）
传递性（((x comp y) == true， (y comp z) == true)) => ((x comp z) == true))）
不可比性（(x non-comp y, y non-comp z) => (x non-comp z)）

这着实有点晦涩，搞得我都头晕了。简单的讲，这个二元谓词比较两个元素，如果第一个比较的元素应该排在第二个前面（即第一个元素的优先级高于第二个），那么它返回true。 元素的相等性也是通过这个谓词操作推出来的：如果第一个元素的优先级不高于第二个元素，并且第二个元素的优先级也不高于第一个元素，那么这两个元素就相等。

操作对应的函数

入队 -> push
出队 -> pop

值得注意的是，不像队列那样，优先队列里的元素没有时间前后之分，所以priority_queue模版类去掉了front和back成员函数，代之以top函数，用以指代下一个出队的优先级最高的元素。