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C++如何实现二分查找的左闭右开区间逻辑

秋墨吖_2725

秋墨吖_2725

发布时间:2026-06-16 18:38:19

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来源于php中文网

原创

左闭右开区间更不易出错,因为right作为“第一个不合法位置”,天然规避mid+1越界风险,终止条件统一为left==right,初始化需设right=vec.size()而非size()-1,且mid=left+(right-left)/2防溢出。

c++如何实现二分查找的左闭右开区间逻辑

为什么左闭右开区间比左闭右闭更不容易出错

因为 end 作为“第一个不合法位置”,天然规避了 mid + 1 越界风险,且循环终止条件统一为 left == right,不用额外处理边界收缩后的越界判断。

常见错误是把 right 初始化成 size() - 1(这是左闭右闭的写法),结果在 right = mid 时漏掉元素,或在 left = mid + 1 时超出范围。

  • left 初始值必须是 0,right 初始值必须是 vec.size()(不是 vec.size() - 1)
  • 循环条件固定用 left ,不是 <code>left
  • 更新逻辑中,right = mid(不是 mid - 1),因为 mid 本身可能非法,right 是开区间端点
  • 返回值直接用 left,它就是插入位置或目标下标,无需再校验

标准模板:查找第一个 ≥ target 的位置(lower_bound)

这是左闭右开区间最典型的用法,也是 STL 中 std::lower_bound 的行为。它天然支持“不存在时返回插入位置”这一语义。

int lower_bound(const vector<int>& vec, int target) {
    int left = 0, right = vec.size();
    while (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (vec[mid] < target) {
            left = mid + 1;
        } else {
            right = mid;
        }
    }
    return left;
}

注意:vec[mid] < target 时才移动 left,否则收缩 right —— 这保证了最终 left 指向第一个满足 vec[i] >= target 的位置。

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如果数组为空,vec.size() == 0,right 为 0,循环不执行,直接返回 0,符合预期。

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如何改造成查找第一个 > target 的位置(upper_bound)

只需把判断条件从 < 改成 <=,其余结构完全不变。这说明左闭右开模板的可迁移性很强。

  • 原 lower_bound 是找 ≥,对应条件是 vec[mid] < target
  • 改 upper_bound 是找 >,对应条件变成 vec[mid] <= target
  • 仍用 left = mid + 1 和 right = mid,逻辑一致性高,不易混淆

示例:

int upper_bound(const vector<int>& vec, int target) {
    int left = 0, right = vec.size();
    while (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (vec[mid] <= target) {  // 唯一改动
            left = mid + 1;
        } else {
            right = mid;
        }
    }
    return left;
}

容易被忽略的整型溢出与性能细节

mid = left + (right - left) / 2 是必须的写法,不能写成 (left + right) / 2 —— 后者在 left 和 right 都接近 INT_MAX 时会整型溢出。

另外,若数据量极大(比如上亿元素),除法本身虽快,但现代 CPU 对 right - left 做位运算优化有限;不过实际中几乎不会成为瓶颈,优先保证逻辑正确性。

真正容易踩坑的是:传入的 vector 是空的、target 比所有元素都大、或比所有元素都小 —— 这些情况在左闭右开模板里全部由 left 的终值自然覆盖,不需要额外 if 判断。

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