0

0

C++的std::priority_queue底层是如何维护堆结构的? (算法复杂度)

尼克

尼克

发布时间:2026-02-21 11:31:02

|

924人浏览过

|

来源于php中文网

原创

std::priority_queue默认使用基于std::vector的最大堆,通过std::make_heap等算法实现,支持o(1) top()但不支持修改堆顶或任意节点更新。

c++的std::priority_queue底层是如何维护堆结构的? (算法复杂度)

std::priority_queue 用的是什么堆

它底层就是 std::vector + std::make_heap/std::push_heap/std::pop_heap 那套基于数组的完全二叉树实现,具体是最大堆(默认),根最大,父节点 ≥ 子节点。不是手写指针树,也不用动态分配节点内存。

这意味着所有操作都依赖于下标计算:parent = (i-1)/2left = 2*i+1right = 2*i+2。没有额外指针开销,缓存友好,但不支持任意节点删除或减小键值。

  • 构造时如果传入已有容器,会调用 std::make_heap —— 时间复杂度 O(n),不是逐个 pushO(n log n)
  • 每次 push 先尾插再上浮(push_heap),pop 先交换首尾再下沉(pop_heap),都是 O(log n)
  • 不提供 finddecrease_key 或迭代器修改接口 —— 这些不是堆的原始语义,STL 也没补

为什么 top() 是 O(1) 但不能修改堆顶

top() 只是返回底层容器的 front(),也就是数组第一个元素,当然 O(1)。但它返回的是 const_reference,你没法通过它改值 —— 改了就破坏堆序,而容器本身没能力自动修复。

常见误操作:q.top() = new_val; 会编译失败;强行用 const_cast 强转后修改,后续 push/pop 行为未定义。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

通塔师AI导航
通塔师AI导航

通塔师AI导航:专业的AI人工智能工具软件导航网站

下载
  • 想更新某个元素?只能把旧值标记为无效,插入新值,靠业务逻辑跳过已失效项(lazy deletion)
  • 需要频繁更新优先级?std::priority_queue 不适合,考虑 std::set 或带索引的堆(如 Boost.Heap)
  • 底层容器可换,比如用 std::deque 替代 std::vector,但通常没收益 —— deque 随机访问常数更大,且 make_heap 等算法要求随机访问迭代器,虽支持但更慢

compare 参数怎么影响性能和行为

比较器决定堆序方向和稳定性。默认是 std::less<t></t> → 最大堆;换成 std::greater<t></t> 就变成最小堆。它参与每一次上浮/下沉中的比较,所以别写重载 operator 时做耗时操作。

注意:比较器对象在构造时拷贝进队列,不是全局单例。如果你用的是捕获 lambda,必须是可拷贝的(C++17 起),且捕获内容不能含指针或状态依赖外部生命周期。

  • 自定义类型必须提供满足严格弱序(strict weak ordering)的比较,否则 push/pop 行为未定义 —— 常见坑是用了 或漏处理相等情况
  • 如果比较逻辑涉及虚函数调用或系统调用(如文件检查),性能会断崖下跌,堆操作本身很快,瓶颈全在比较器里
  • 不要依赖比较器抛异常 —— STL 堆算法不保证异常安全,一旦抛出,容器可能处于中间状态

size() 和 empty() 的开销真的只是 O(1) 吗

是的,因为它们直接转发到底层容器的 size()empty(),而 std::vector 的这两个操作确实是 O(1)。但要注意:这不是“堆结构”本身的大小,而是存储所有元素的容器大小 —— 即使你刚 pop 了 100 次,只要没 shrink,容量(capacity)可能还是原来那么大。

也就是说,size() 准确反映当前有效元素个数,但内存占用不一定随 size() 缩减 —— 它不会自动 shrink_to_fit

  • 大量增删后想释放内存?得手动取底层容器:q.c.clear(); q.c.shrink_to_fit();c 是受保护成员,需继承或友元访问)
  • 跨线程使用时,size()empty() 本身不加锁,也不是原子操作 —— 如果其他线程正在 push,读到的 size 可能瞬间过期
  • 调试时打印 q.size() 看起来正常,不代表堆序正确 —— size 不验证结构,只数元素个数
实际用的时候,最常被忽略的是:它只是一个适配器,不是通用优先队列抽象。你要的“更新优先级”“按 ID 查找”“合并两个堆”,它一个都不支持 —— 不是 bug,是设计如此。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
Sass和less的区别
Sass和less的区别

Sass和less的区别有语法差异、变量和混合器的定义方式、导入方式、运算符的支持、扩展性等。本专题为大家提供Sass和less相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

212

2023.10.12

硬盘接口类型介绍
硬盘接口类型介绍

硬盘接口类型有IDE、SATA、SCSI、Fibre Channel、USB、eSATA、mSATA、PCIe等等。详细介绍:1、IDE接口是一种并行接口,主要用于连接硬盘和光驱等设备,它主要有两种类型:ATA和ATAPI,IDE接口已经逐渐被SATA接口;2、SATA接口是一种串行接口,相较于IDE接口,它具有更高的传输速度、更低的功耗和更小的体积;3、SCSI接口等等。

1557

2023.10.19

PHP接口编写教程
PHP接口编写教程

本专题整合了PHP接口编写教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

443

2025.10.17

php8.4实现接口限流的教程
php8.4实现接口限流的教程

PHP8.4本身不内置限流功能,需借助Redis(令牌桶)或Swoole(漏桶)实现;文件锁因I/O瓶颈、无跨机共享、秒级精度等缺陷不适用高并发场景。本专题为大家提供相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2266

2025.12.29

java接口相关教程
java接口相关教程

本专题整合了java接口相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

39

2026.01.19

堆和栈的区别
堆和栈的区别

堆和栈的区别:1、内存分配方式不同;2、大小不同;3、数据访问方式不同;4、数据的生命周期。本专题为大家提供堆和栈的区别的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

421

2023.07.18

堆和栈区别
堆和栈区别

堆(Heap)和栈(Stack)是计算机中两种常见的内存分配机制。它们在内存管理的方式、分配方式以及使用场景上有很大的区别。本文将详细介绍堆和栈的特点、区别以及各自的使用场景。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章欢迎大家前来学习阅读。

594

2023.08.10

页面置换算法
页面置换算法

页面置换算法是操作系统中用来决定在内存中哪些页面应该被换出以便为新的页面提供空间的算法。本专题为大家提供页面置换算法的相关文章,大家可以免费体验。

459

2023.08.14

pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法
pixiv网页版官网登录与阅读指南_pixiv官网直达入口与在线访问方法

本专题系统整理pixiv网页版官网入口及登录访问方式,涵盖官网登录页面直达路径、在线阅读入口及快速进入方法说明,帮助用户高效找到pixiv官方网站,实现便捷、安全的网页端浏览与账号登录体验。

796

2026.02.13

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
C# 教程
C# 教程

共94课时 | 9.8万人学习

C 教程
C 教程

共75课时 | 4.9万人学习

C++教程
C++教程

共115课时 | 18.6万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号