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C++如何实现二分查找

夜伟大大_8363

夜伟大大_8363

发布时间:2026-06-01 15:13:59

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来源于php中文网

原创

绝大多数情况下应使用std::binary_search等标准库函数而非手写二分,仅教学、无STL环境或需极致内存控制时才手写;lower_bound找首个≥target位置,upper_bound找首个>target位置。

c++如何实现二分查找

什么时候该自己写 std::binary_search 而不是手撸循环

绝大多数情况下,你不需要手动实现二分查找——std::binary_search、std::lower_bound、std::upper_bound 已经覆盖所有常见需求。手写容易出边界错误,且编译器对标准库的优化更充分。

只有两种情况值得自己写:

  • 教学/面试明确要求手写逻辑
  • 目标平台无 STL(如某些嵌入式环境),或需极致控制内存访问模式(如 cache 友好型二分)

std::lower_bound 和 std::upper_bound 的关键区别在哪

它们都返回迭代器,但语义不同:std::lower_bound 找第一个 ≥ target 的位置;std::upper_bound 找第一个 > target 的位置。两者结合能精准定位重复元素区间。

示例:

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vector<int> v = {1, 2, 2, 2, 3, 4};
auto lo = lower_bound(v.begin(), v.end(), 2); // 指向第1个2(索引1)
auto up = upper_bound(v.begin(), v.end(), 2); // 指向3(索引4)
int count = distance(lo, up); // 得到3,即2出现次数

注意:两个函数都要求容器已升序排列,否则行为未定义。

手写二分时最容易错的三个边界条件

用 while (left < right) 还是 while (left <= right)?中点怎么算?左右指针怎么更新?这些细节直接决定是否漏掉元素或死循环。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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推荐统一用闭区间写法(left <= right),并始终用 mid = left + (right - left) / 2 避免溢出:

  • 查存在性:找到 arr[mid] == target 就返回 true;否则按大小关系缩区间
  • 查下界(first ≥ target):arr[mid] < target 时 left = mid + 1;否则 right = mid - 1,最后返回 left
  • 查上界(first > target):arr[mid] <= target 时 left = mid + 1;否则 right = mid - 1,最后返回 left

别用 (left + right) / 2,整数溢出在大数组里真会发生。

自定义比较逻辑时,std::lower_bound 的第三个参数必须匹配

如果你传了自定义比较函数(比如按结构体某个字段排序),那调用 std::lower_bound 时第三个参数不能只是值,而得是能被该比较函数接受的类型。

例如:

struct Node { int key; string val; };
vector<Node> v = {{1,"a"}, {3,"b"}, {5,"c"}};
auto it = lower_bound(v.begin(), v.end(), 3,
                      [](const Node& a, int k) { return a.key < k; });
// 注意:lambda 参数顺序是 (element, value),和 sort 用的 comparator 一致

如果顺序写反(比如 [](int k, const Node& a)),编译会失败;如果只传 3 却没提供 comparator,它会尝试用 Node < int,大概率报错。

实际项目里,这类错误往往卡在编译阶段,但调试时容易忽略 lambda 的参数顺序约定。

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