优先队列(priority_queue)的C语言实现代码

所属分类: 软件编程 / C 语言 阅读数: 122
收藏 0 赞 0 分享

优先队列(priority_queue)和一般队列(queue)的函数接口一致,不同的是,优先队列每次出列的是整个队列中最小(或者最大)的元素。

本文简要介绍一种基于数组二叉堆实现的优先队列,定义的数据结构和实现的函数接口说明如下:

一、键值对结构体:KeyValue

复制代码 代码如下:

// =============KeyValue Struct==================================
typedef struct key_value_struct KeyValue;
struct key_value_struct
{
 int _key;
 void *_value;
};
KeyValue *key_value_new(int key, void *value);
void key_value_free(KeyValue *kv, void (*freevalue)(void *));

键值对作为优先队列的中数据的保存形式,其中key用于保存优先级,_value用于指向实际的数据。

key_value_new用于创建一个KeyValue结构体;key_value_free用于释放一个KeyValue结构体的内存,

参数freevalue用于释放数据指针_value指向的内存。

二、优先队列结构体:PriorityQueue

复制代码 代码如下:

// =============PriorityQueue Struct==============================
#define PRIORITY_MAX 1
#define PRIORITY_MIN 2
typedef struct priority_queue_struct PriorityQueue;
struct priority_queue_struct
{
 KeyValue **_nodes;
 int _size;
 int _capacity;

 int _priority;
};
PriorityQueue *priority_queue_new(int priority);
void priority_queue_free(PriorityQueue *pq, void (*freevalue)(void *));
const KeyValue *priority_queue_top(PriorityQueue *pq);
KeyValue *priority_queue_dequeue(PriorityQueue *pq);
void priority_queue_enqueue(PriorityQueue *pq, KeyValue *kv);
int priority_queue_size(PriorityQueue *pq);
int priority_queue_empty(PriorityQueue *pq);
void priority_queue_print(PriorityQueue *pq);


1)  其中nodes字段是二叉堆数组,_capacity是nodes指向的KeyValue*指针的个数,_size是nodes中实际存储的元素个数。

     _priority可以是PRIORITY_MAX或PRIORITY_MIN,分别表示最大元素优先和最小元素优先。

2)  priority_queue_new和priority_queue_free分别用于创建和释放优先队列。

3)  priority_queue_top用于取得队列头部元素,

4)priority_queue_dequeue用于取得队列头部元素并将元素出列。

其实现的基本思路,以最大优先队列说明如下:

①将队列首部nodes[0]保存作为返回值

②将队列尾部nodes[_size-1]置于nodes[0]位置,并令_size=_size-1

③令当前父节点parent(nodes[i])等于新的队列首部(i=0)元素,

parent指向元素的儿子节点为left = nodes[2 * i + 1]和rigth = nodes[2 * i + 2],

比较left和right得到优先级高的儿子节点,设为nodes[j](j = 2 *i + 1或2 *i + 2),

④如果当前父节点parent的优先级高于nodes[j],交换nodes[i]和nodes[j],并更新当前父节点,

即令i=j,并循环 ③;

如果当前父节点的优先级低于nodes[j],处理结束。

5)priority_queue_enqueue用于将KeyValue入列

其实现的基本思路,以最大优先队列说明如下:

①设置nodes[_size] 为新的KeyValue,并令_size++

②令当前儿子节点child(nodes[i])为新的队列尾部节点(i=_size-1),child的父节点parent为nodes[j],

      其中j=  (i - 1) / 2

③如果当前儿子节点child的优先级高于parent, 交换nodes[i]和nodes[j],并更新当前儿子节点

      即令i = j,并循环③;

 如果当前儿子节点的优先级低于parent,处理结束。

6)  priority_queue_size用于取得队列中元素个数,priority_queue_empty用于判断队列是否为空。

7)priority_queue_print用于输出队列中的内容。

文件pq.h给出了数据结构和函数的声明,文件pq.c给出了具体实现,main.c文件用于测试。虽然是使用过程化编程的C语言,可以看到具体的编码中应用了基于对象的思想,我们对数据结构和相关函数做了一定程度的聚集和封装。

复制代码 代码如下:

/*
*File: pq.h
*purpose: declaration of priority queue in C
*/
#ifndef _PRIORITY_QUEUE_H
#define _PRIORITY_QUEUE_H

// =============KeyValue Struct==================================
typedef struct key_value_struct KeyValue;
struct key_value_struct
{
      int _key;
      void *_value;
};
KeyValue *key_value_new(int key, void *value);
void key_value_free(KeyValue *kv, void (*freevalue)(void *));

// =============PriorityQueue Struct==============================
#define PRIORITY_MAX 1
#define PRIORITY_MIN 2
typedef struct priority_queue_struct PriorityQueue;
struct priority_queue_struct
{
      KeyValue **_nodes;
      int _size;
      int _capacity;

      int _priority;
};
PriorityQueue *priority_queue_new(int priority);
void priority_queue_free(PriorityQueue *pq, void (*freevalue)(void *));
const KeyValue *priority_queue_top(PriorityQueue *pq);
KeyValue *priority_queue_dequeue(PriorityQueue *pq);
void priority_queue_enqueue(PriorityQueue *pq, KeyValue *kv);
int priority_queue_size(PriorityQueue *pq);
int priority_queue_empty(PriorityQueue *pq);
void priority_queue_print(PriorityQueue *pq);

#endif

/*
*File:pq.c
*purpose: definition of priority queue in C
*Author:puresky
*Date:2011/04/27
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "pq.h"

//Private Functions
static void priority_queue_realloc(PriorityQueue *pq);

static void priority_queue_adjust_head(PriorityQueue *pq);

static void priority_queue_adjust_tail(PriorityQueue *pq);

static int priority_queue_compare(PriorityQueue *pq,
    int pos1,
    int pos2);
static void priority_queue_swap(KeyValue **nodes,
  int pos1,
  int pos2);

//Functions of KeyValue Struct
KeyValue *key_value_new(int key,
             void *value)
{
      KeyValue *pkv = (KeyValue *)malloc(sizeof(KeyValue));
      pkv->_key = key;
      pkv->_value = value;
      return pkv;
}
void key_value_free(KeyValue *kv,
       void (*freevalue)(void *))
{
      if(kv)
      {
            if(freevalue)
            {
                  freevalue(kv->_value);
            }
            free(kv);
      }
}


//Functions of PriorityQueue Struct
PriorityQueue *priority_queue_new(int priority)
{
      PriorityQueue *pq = (PriorityQueue *)malloc(sizeof(PriorityQueue));
      pq->_capacity = 11; //default initial value
      pq->_size = 0;
      pq->_priority = priority;

      pq->_nodes = (KeyValue **)malloc(sizeof(KeyValue *) * pq->_capacity);
      return pq;
}

void priority_queue_free(PriorityQueue *pq,
              void (*freevalue)(void *))
{
      int i;
      if(pq)
      {
            for(i = 0; i < pq->_size; ++i)
                  key_value_free(pq->_nodes[i], freevalue);
            free(pq->_nodes);
            free(pq);
      }
}

const KeyValue *priority_queue_top(PriorityQueue *pq)
{
      if(pq->_size > 0)
            return pq->_nodes[0];
      return NULL;
}

KeyValue *priority_queue_dequeue(PriorityQueue *pq)
{
      KeyValue *pkv = NULL;
      if(pq->_size > 0)
      {
            pkv = pq->_nodes[0];
            priority_queue_adjust_head(pq);
      }
      return pkv;
}

void priority_queue_enqueue(PriorityQueue *pq,
                   KeyValue *kv)
{
      printf("add key:%d\n", kv->_key);
      pq->_nodes[pq->_size] = kv;
      priority_queue_adjust_tail(pq);
      if(pq->_size >= pq->_capacity)
            priority_queue_realloc(pq);
}

int priority_queue_size(PriorityQueue *pq)
{
      return pq->_size;
}

int priority_queue_empty(PriorityQueue *pq)
{
      return pq->_size <= 0;
}

void priority_queue_print(PriorityQueue *pq)
{
      int i;
      KeyValue *kv;
      printf("data in the pq->_nodes\n");
      for(i = 0; i < pq->_size; ++i)
            printf("%d ", pq->_nodes[i]->_key);
      printf("\n");

      printf("dequeue all data\n");
      while(!priority_queue_empty(pq))
      {
            kv = priority_queue_dequeue(pq);
            printf("%d ", kv->_key);
      }
      printf("\n");
}

static void priority_queue_realloc(PriorityQueue *pq)
{
      pq->_capacity = pq->_capacity * 2;
      pq->_nodes = realloc(pq->_nodes, sizeof(KeyValue *) * pq->_capacity);
}

static void priority_queue_adjust_head(PriorityQueue *pq)
{
      int i, j, parent, left, right;

      i = 0, j = 0;
      parent = left = right = 0;
      priority_queue_swap(pq->_nodes, 0, pq->_size - 1);
      pq->_size--;
      while(i < (pq->_size - 1) / 2)
      {
            parent = i;

            left = i * 2 + 1;
            right = left + 1;
            j = left;
            if(priority_queue_compare(pq, left, right) > 0)
                  j++;
            if(priority_queue_compare(pq, parent, j) > 0)
            {
                  priority_queue_swap(pq->_nodes, i, j);
                  i = j;
            }
            else
                  break;

      }

}

static void priority_queue_adjust_tail(PriorityQueue *pq)
{
      int i, parent, child;

      i = pq->_size - 1;
      pq->_size++;
      while(i > 0)
      {
            child = i;
            parent = (child - 1) / 2;

            if(priority_queue_compare(pq, parent, child) > 0)
            {
                  priority_queue_swap(pq->_nodes, child, parent);
                  i = parent;
            }
            else
                  break;

      }
}


static int priority_queue_compare(PriorityQueue *pq,
    int pos1,
    int pos2)
{
      int adjust = -1;
      int r = pq->_nodes[pos1]->_key - pq->_nodes[pos2]->_key;
      if(pq->_priority == PRIORITY_MAX)
            r *= adjust;
      return r;
}

static void priority_queue_swap(KeyValue **nodes,
  int pos1,
  int pos2)
{
      KeyValue *temp = nodes[pos1];
      nodes[pos1] = nodes[pos2];
      nodes[pos2] = temp;
}

/*
*File: main.c
*purpose: tesing priority queue in C
*Author:puresky
*Date:2011/04/27
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "pq.h"

int main(int argc, char **argv)
{
      int i;
      PriorityQueue *pq = priority_queue_new(PRIORITY_MAX);

     
      int a[]={1, 9, 7, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 100, 50, 17};

      for(i = 0; i < sizeof(a)/ sizeof(int); ++i)
      {
            KeyValue *kv = key_value_new(a[i], NULL);
            priority_queue_enqueue(pq, kv);
      }

      priority_queue_print(pq);
      priority_queue_free(pq, NULL);

      system("pause");
      return 0;
}

更多精彩内容其他人还在看

用标准c++实现string与各种类型之间的转换

这个类在头文件中定义, < sstream>库定义了三种类:istringstream、ostringstream和stringstream,分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作。另外,每个类都有一个对应的宽字符集版本
收藏 0 赞 0 分享

C++如何通过ostringstream实现任意类型转string

再使用整型转string的时候感觉有点棘手,因为itoa不是标准C里面的,而且即便是有itoa,其他类型转string不是很方便。后来去网上找了一下,发现有一个好方法
收藏 0 赞 0 分享

C/C++指针小结

要搞清一个指针需要搞清指针的四方面的内容:指针的类型,指针所指向的类型,指针的值或者叫指针所指向的内存区,还有指针本身所占据的内存区
收藏 0 赞 0 分享

C++ 类的静态成员深入解析

在C++中类的静态成员变量和静态成员函数是个容易出错的地方,本文先通过几个例子来总结静态成员变量和成员函数使用规则,再给出一个实例来加深印象
收藏 0 赞 0 分享

C++类的静态成员初始化详细讲解

通常静态数据成员在类声明中声明,在包含类方法的文件中初始化.初始化时使用作用域操作符来指出静态成员所属的类.但如果静态成员是整型或是枚举型const,则可以在类声明中初始化
收藏 0 赞 0 分享

C++类静态成员与类静态成员函数详解

静态成员不可在类体内进行赋值,因为它是被所有该类的对象所共享的。你在一个对象里给它赋值,其他对象里的该成员也会发生变化。为了避免混乱,所以不可在类体内进行赋值
收藏 0 赞 0 分享

C++中的friend友元函数详细解析

友元可以是一个函数,该函数被称为友元函数;友元也可以是一个类,该类被称为友元类。友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看,它与普通函数一样,即在定义上和调用上与普通函数一样
收藏 0 赞 0 分享

static全局变量与普通的全局变量的区别详细解析

以下是对static全局变量与普通的全局变量的区别进行了详细的分析介绍,需要的朋友可以过来参考下,希望对大家有所帮助
收藏 0 赞 0 分享

C++ explicit关键字的应用方法详细讲解

C++ explicit关键字用来修饰类的构造函数,表明该构造函数是显式的,既然有"显式"那么必然就有"隐式",那么什么是显示而什么又是隐式的呢?下面就让我们一起来看看这方面的知识吧
收藏 0 赞 0 分享

教你5分钟轻松搞定内存字节对齐

随便google一下,人家就可以跟你解释的,一大堆的道理,我们没怎么多时间,讨论为何要对齐.直入主题,怎么判断内存对齐规则,sizeof的结果怎么来的,请牢记以下3条原则
收藏 0 赞 0 分享
查看更多