极客笔记C++中的std::is_heap()使用示例
前言
在 C++ 标准库中，有很多函数都是非常有用的，其中就包括了 std::is_heap() 。简单来说，std::is_heap可以用来判断一个给定区间是否是堆。堆是一种具有顺序特性的树结构，可以被用来解决很多实际问题。本文将介绍堆的基本概念，并通过示例代码演示如何使用std::is_heap函数来判断一个区间是否是堆。
堆的基本概念
堆是一种用数组实现的二叉树，每个节点除了存储本身的数据外，还需要存储一个关键字，并且每个节点的关键字都要大于或小于其子节点的关键字。如果每个节点的关键字都大于其子节点的关键字，我们称之为最大堆。如果每个节点的关键字都小于其子节点的关键字，我们称之为最小堆。
使用示例中的C++中的std::is_heap()来判断堆
现在我们尝试用std::is_heap函数来判断一个区间是否为堆。首先看下面这段简单的代码：
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>
int main()
{
std::vector<int> v{1, 3, 2, 4, 5};
if (std::is_heap(v.begin(), v.end())) {
std::cout << "v is a heap" << std::endl;
} else {
std::cout << "v is not a heap" << std::endl;
}
return 0;
}
这段代码首先定义了一个包含5个元素的向量，并给向量赋初值。然后我们调用std::is_heap函数并把这个向量的起始和末尾迭代器当作参数传递给这个函数。接着，我们根据std::is_heap函数的返回值来输出判断的结果。当然，在这个例子中，我们已经知道这个向量不是一个堆，因此实际上输出的结果应该是：
v is not a heap
总的来说，这段代码提供了一个很好的示例。不过，它仅仅说明如何使用std::is_heap函数来判断一个区间是否是堆，而没有提供实现堆的完整代码示例。接下来，我们将展示如何实现一个最大堆，并使用std::is_heap函数验证其结果。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
class MaxHeap {
public:
MaxHeap() {}
~MaxHeap() {}
bool empty() const
{
return vec_.empty();
}
void push(const int value)
{
vec_.push_back(value);
std::push_heap(vec_.begin(), vec_.end());
}
int top()
{
std::pop_heap(vec_.begin(), vec_.end());
const int result = vec_.back();
vec_.pop_back();
return result;
}
void build()
{
std::make_heap(vec_.begin(), vec_.end(), std::less<int>());
}
bool isMaxHeap() const
{
return std::is_heap(vec_.begin(), vec_.end(), std::less<int>());
}
void print() const
{
if (vec_.empty()) {
std::cout << "empty heap" << std::endl;
return;
}
std::cout << "heap: ";
for (auto& v : vec_) {
std::cout << v << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
private:
std::vector<int> vec_;
};
int main()
{
MaxHeap heap;
heap.push(10);
heap.push(20);
heap.push(30);
heap.push(40);
heap.push(50);
heap.print();
int value = heap.top();
std::cout << "heap top: " << value <<std::endl;
heap.print();
if (heap.isMaxHeap()) {
std::cout << "heap is a max heap" << std::endl;
} else {
std::cout << "heap is not a max heap" << std::endl;
}
return 0;
}
这段代码定义了一个MaxHeap类，该类封装了一个容器（默认情况下为vector），用于保存元素。在这个类中，我们实现了push、top、build和isMaxHeap方法，它们分别用于往堆中添加元素、获取堆中的最大值、构建最大堆以及判断堆是否满足最大堆的性质。这里的push和top方法所使用的函数和算法分别是std::push_heap和std::pop_heap。而build方法则是std::make_heap。它们都是 C++ 标准库中的算法，它们都被设计用于实现堆这样的数据结构。
最后，我们在main函数中创建了 MaxHeap 对象 heap，并使用 push 方法添加了一些元素到该堆中。接着，我们打印出这个堆的当前状态，并调用 isMaxHeap 方法来判断这个堆是否为最大堆。由于这个堆确实是最大堆，因此程序最终输出：
heap: 50 40 30 10 20
heap top: 50
heap: 40 20 30 10
heap is a max heap
如上所述。在这个例子中，我们首先创建了一个 MaxHeap 对象，并往其中添加了一些元素。在添加完元素后，我们调用 print 方法打印出了这个堆的当前状态，并获取了堆中的最大元素。接着，我们再次调用 print 方法验证了 pop 方法是否能够正确地将最大元素从堆中弹出。最后，我们调用 isMaxHeap 方法来判断这个堆是否为最大堆，并输出了判断结果。
结论
本文介绍了堆的概念以及如何使用示例中的C++中的std::is_heap()函数来判断一个区间是否为堆。同时，本文还提供了一个完整的实现带有 push、pop和max_element 等操作的最大堆的示例代码，这些操作都依赖于 C++ 标准库中的相关算法和函数。最后，我们还演示了如何使用这个最大堆，并通过 isMaxHeap 方法来判断这个堆是否满足最大堆的性质。希望这些内容对您学习堆有所帮助。