堆的C语言实现

在C++中，可以通过std::priority_queue来使用堆。

堆的C语言实现：

heap.c

/** @file heap.c
* @brief 堆,默认为小根堆,即堆顶为最小.
*/
#include <stdlib.h> /* for malloc() */
#include <string.h> /* for memcpy() */
typedef int heap_elem_t; // 元素的类型

/**
* @struct
* @brief 堆的结构体
*/
typedef struct heap_t
{
　　int size;　　/** 实际元素个数 */
　　int capacity; 　　/** 容量,以元素为单位 */
　　heap_elem_t *elems;　　/** 堆的数组 */
　　int (*cmp)(const heap_elem_t*, const heap_elem_t*);
}heap_t;

/** 元素的比较函数 */
/** 基本类型(如 int, long, float, double)的比较函数 */
int cmp_int(const int *x, const int *y)
{
　　const int sub = *x - *y;
　　if(sub > 0)
　　{
　　　　return 1;
　　}
　　else if(sub < 0)
　　{
　　　　return -1;
　　}
　　else
　　{
　　　　return 0;
　　}
}

/**
* @brief 堆的初始化.
* @param[out] h 堆对象的指针
* @param[out] capacity 初始容量
* @param[in] cmp cmp 比较函数,小于返回-1,等于返回 0
* 大于返回 1,反过来则是大根堆
* @return 成功返回 0,失败返回错误码
*/
int heap_init(heap_t *h, const int capacity, int (*cmp)(const heap_elem_t*, const heap_elem_t*))
{
　　h->size = 0;
　　h->capacity = capacity;
　　h->elems = (heap_elem_t*)malloc(capacity * sizeof(heap_elem_t));
　　h->cmp = cmp;
　　return 0;
}

/**
* @brief 释放堆.
* @param[inout] h 堆对象的指针
* @return 成功返回 0,失败返回错误码
*/
int heap_uninit(heap_t *h)
{
　　h->size = 0;
　　h->capacity = 0;
　　free(h->elems);
　　h->elems = NULL;
　　h->cmp = NULL;
　　return 0;
}

/**
* @brief 判断堆是否为空.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @return 是空,返回 1,否则返回 0
*/
int heap_empty(const heap_t *h)
{
　　return h->size == 0;
}

/**
* @brief 获取元素个数.
* @param[in] s 堆对象的指针
* @return 元素个数
*/
int heap_size(const heap_t *h)
{
　　return h->size;
}

/*
* @brief 小根堆的自上向下筛选算法.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @param[in] start 开始结点
* @return 无
*/
void heap_sift_down(const heap_t *h, const int start)
{
　　int i = start;
　　int j;
　　const heap_elem_t tmp = h->elems[start];
　　for(j = 2 * i + 1; j < h->size; j = 2 * j + 1)
　　{
　　　　if(j < (h->size - 1) && h->cmp(&(h->elems[j]), &(h->elems[j + 1])) > 0)
　　　　{
　　　　　　j++; /* j 指向两子女中小者 */
　　　　}
　　　　// tmp <= h->data[j]
　　　　if(h->cmp(&tmp, &(h->elems[j])) <= 0)
　　　　{
　　　　　　break;
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　h->elems[i] = h->elems[j];
　　　　　　i = j;
　　　　}
　　}
　　h->elems[i] = tmp;
}

/*
* @brief 小根堆的自下向上筛选算法.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @param[in] start 开始结点
* @return 无
*/
void heap_sift_up(const heap_t *h, const int start)
{
　　int j = start;
　　int i= (j - 1) / 2;
　　const heap_elem_t tmp = h->elems[start];
　　
　　while(j > 0)
　　{
　　　　// h->data[i] <= tmp
　　　　if(h->cmp(&(h->elems[i]), &tmp) <= 0)
　　　　{
　　　　　　break;
　　　　}
　　　　else
　　　　{
　　　　　　h->elems[j] = h->elems[i];
　　　　　　j = i;
　　　　　　i = (i - 1) / 2;
　　　　}
　　}
　　h->elems[j] = tmp;
}

/**
* @brief 添加一个元素.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @param[in] x 要添加的元素
* @return 无
*/
void heap_push(heap_t *h, const heap_elem_t x)
{
　　if(h->size == h->capacity)
　　{
　　　　/* 已满,重新分配内存 */
　　　　heap_elem_t* tmp = (heap_elem_t*)realloc(h->elems, h->capacity * 2 * sizeof(heap_elem_t));
　　　　h->elems = tmp;
　　　　h->capacity *= 2;
　　}
　　h->elems[h->size] = x;
　　h->size++;
　　heap_sift_up(h, h->size - 1);
}

/**
* @brief 弹出堆顶元素.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @return 无
*/
void heap_pop(heap_t *h)
{
　　h->elems[0] = h->elems[h->size - 1];
　　h->size --;
　　heap_sift_down(h, 0);
}

/**
* @brief 获取堆顶元素.
* @param[in] h 堆对象的指针
* @return 堆顶元素
*/
heap_elem_t heap_top(const heap_t *h)
{
　　return h->elems[0];
}