写在前面：
大家好，我最近刚刚开始接触 C++，也是刚刚开始接触算法。
这几天在学习 C++ 链表时，我的心情可以说是像过山车一样。以前习惯了 C 语言里苦哈哈地用 malloc 分配内存、小心翼翼地处理 NULL 指针的我，在接触到 C++ 的 构造函数 和 虚拟头节点 后，虽然说刚开始接受起来还是有点困难，但好在最终还是克服了。
趁着热乎劲，我在 LeetCode 上用 C++ 轻松搞定了第 21 题 合并两个有序链表。我自信满满地点击了下一题，实不相瞒，这道 合并 K 个升序序列 题目的 Hard 标签确实吓到我了，我还不觉得自己有独立解决困难题目的能力。
但经过一番挣扎，我发现 只要转变思维，借用 C++ 的优势，初学者也完全可以对 Hard 题进行降维打击！
今天，我就从一个初学者的视角，一步步撕开这道题的外衣，并尽可能详细地把 优先队列 这一知识点解释通透。
1. 题目初探
题目描述很简单：给你一个链表数组，每个链表都已经按升序排列。请你将所有链表合并到一个升序链表中，返回合并后的链表。
下面是 Leetcode 官方的示例：
输入：lists = [[1,4,5],[1,3,4],[2,6]]
输出：[1,1,2,3,4,4,5,6]
解释：链表数组如下：
[
1->4->5,
1->3->4,
2->6
]
将它们合并到一个有序链表中得到。
1->1->2->3->4->4->5->6
对于这道题，大家可以带入一下生活，桌子上有 K 叠已经从小到大理好的扑克牌。现在你的任务是，把它们合并成一叠全新且有序的扑克牌，你会怎么做？
2. 破局思路
一开始我完全没有思路，但我突然想到，我刚刚不是才写过 合并 2 个链表 的代码吗？这两道题颇有相似之处。
只能合并两叠牌的代码我已经写过了，那合并 K 叠牌的暴力解法不就有了吗？
- 我先把第 1 叠和第 2 叠放进机器，融合成一大叠。
- 我拿着这新的一大叠，再和第 3 叠放进机器……
- 一直循环 K-1 次，成功。
我直接复用第 21 题的代码，把它封装成一个 mergeTwoLists 函数，然后用一个 for 循环搞定。
提交代码之后也是成功通过了，但就是耗时长的吓人，有 100 多毫秒。
但冷静下来一算时间复杂度，越到后面，合并后的链表就越长，每次都要从头遍历全部的节点，如果在真实的项目中早就卡死了。
在看了评论区的大神的解法之后，我才意识到，C++ 远没有我想象的这么简单，真正的大杀器才刚刚登场。
3. 优先队列的降维打击
有没有一种方法，不需要我们辛辛苦苦地两条链表互相比较？
有的，C++ 的 STL 标准模板库中有一个和这道题简直是天生一对的工具——优先队列。
3.1 什么是优先队列？
从它的名字我们就能看出来它不是普通的队列，当然，这好像是一句废话。
普通队列就是将就一个先来后到。
而优先队列就像是医院的急诊室，谁的病重谁先进去。
不管你扔进去多少个数据，只要你调用出队指令，它总是自动把最极端的那个数据（最大或最小）弹出来。
3.2 新的解题思路
有了这个工具，我们的合并逻辑变得极其方便：
- 把 K 叠牌的最上面那一张，也就是 K 个链表的头节点，全部放进优先队列里面。
- 让优先队列弹出最上面的那一个头节点，根据题目我们要让最上面的头节点的
val最小。 - 然后看看刚刚拿走的那张牌属于哪一叠？从那一叠里再摸下一张牌，放进优先队列里补充。
- 一直重复拿牌和补充，直到优先队列空了，所有链表就完美合并了。
因为盒子里最多只有 K 个节点，利用优先队列内部的二叉树结构，每次放进去或拿出来的时间复杂度只有 O(logK)。总时间复杂度瞬间降维到 O(NlogK)，运行速度相当的快。
4. 优先队列详解
思路现在已经很完美了，但是这里还有些坑。
在 C++ 中引入 #include <queue> 后，如果只存整数，写 priority_queue<int> pq 就行了。但现在我们要存的是链表节点指针 ListNode*，如果依旧按照常规的方法来写，他就会去比较内存地址的大小，这不是乱套了吗？
这就引出了 C++ 优先队列的 完整体模板结构，包含三个参数：
priority_queue< 数据类型, 底层容器类型, 比较规则 >
在 C++ 中，我们通常用 仿函数 来定义比较规则。这看起来有点吓人，但其实就是个重写了 () 的结构体：
//比较规则
struct cmp {
bool operator()(ListNode* a, ListNode* b) {
//优先队列默认是大顶堆。
//我们要从小到大排，也就是小顶堆，所以要反着来，用大于号
//如果 a 的值大于 b，就把 a 沉到下面去。
return a->val > b->val;
}
};
当优先队列需要比较两个元素时：
- 调用
cmp()(a, b)。 - 如果返回
true：a 的优先级低于 b，a 会被放在堆的下面。 - 如果返回
false：a 的优先级高于 b，a 会被放在堆的上面。
我们来梳理一下它的工作原理，最后返回的是a->val > b->val，也就是说当a的val比b的val小时，返回false，这时 a 的优先级高于 b，a 会被放在堆的上面，正是我们要的结果。
定义好规则后，我们的优先队列就彻底成型了：
priority_queue<ListNode*, vector<ListNode*>, cmp> pq;
5. 完整代码
class Solution {
public:
struct cmp{
bool operator() (ListNode* a,ListNode* b){
return a->val > b->val;//小顶端
}
};
ListNode* mergeKLists(vector<ListNode*>& lists) {
priority_queue<ListNode*,vector<ListNode*>,cmp> pq;
ListNode* dummy = new ListNode(0);
ListNode* curr = dummy;
for(int i=0;i<lists.size();i++)
{
if(lists[i] != nullptr)//必须判断是否为空，如果为空还放到优先队列会导致后面minNode->next非法解引用
{
pq.push(lists[i]);//将所有链表头节点塞入优先队列
}
}
while(!pq.empty())//优先队列不空
{
ListNode* minNode = pq.top();//把最小的拿出来，用于后面找它所在的那一叠的下一个节点
pq.pop();//弹出最小的
curr->next = minNode;//将最小的节点接到我们的新链表上
curr = curr->next;//让curr指针向后移动一位
if(minNode->next != nullptr)//找到刚才弹出的最小节点所在的链表，只要下一个节点不为空，就塞到优先队列
{
pq.push(minNode->next);
}
}
ListNode* result = dummy->next;
delete dummy;
return result;
}
};
写在最后：
回首这几天从 C 语言向 C++ 跃迁的历程，我有了些深刻的感悟，关乎我们面对生活和挑战的真实态度。
如果你也是一个刚刚踏上编程之路，或者正在被某个 Hard 标签的题目按在地上摩擦的初学者，我想对你说：不要慌张，也不要畏惧。 底层的功夫慢慢的扎，高级的工具勇敢去学。只要逻辑的指针不断向前curr != nullptr，即使再长的链表，我们也终将抵达理想的彼岸。
本文结束。
