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C++怎么实现二分查找_C++搜索算法教程【高效】

冰火之心

冰火之心

发布时间:2026-02-26 12:46:58

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来源于php中文网

原创

std::lower_bound 更可靠因其封装了边界处理、迭代器类型适配和自定义比较逻辑;手写易出错,如整数溢出(应改用 left + (right - left) / 2 或 std::midpoint)、误判存在性(需检查 *it == target)、混淆容器特性(map/set 应直接调用成员函数)等。

c++怎么实现二分查找_c++搜索算法教程【高效】

std::lower_bound 为什么比手写二分更可靠

因为边界处理、迭代器类型、自定义比较逻辑全被标准库封装好了,手写容易在 left 和 <code>left 之间反复横跳,一不留神就死循环或越界。

实操建议:

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  • 优先用 std::lower_bound(返回第一个 ≥ target 的位置)或 std::upper_bound(第一个 > target),别自己推 while 循环
  • 确保传入的是随机访问迭代器(std::vectorstd::array 可以,std::list 不行)
  • 如果要查是否存在,别只看返回值是否等于 end(),还要确认 *it == target —— lower_bound 找到的是“下界”,不保证相等
  • 自定义比较时,必须和排序用的谓词完全一致,否则行为未定义;比如排序用了 std::greater<int>()</int>,查找时也得传同样的
std::vector<int> v = {1, 2, 4, 4, 5};
auto it = std::lower_bound(v.begin(), v.end(), 4);
if (it != v.end() && *it == 4) {
    // 找到了
}

手写二分时 mid 计算怎么不溢出

直接写 mid = (left + right) / 2leftright 都接近 INT_MAX 时会整数溢出,结果变成负数,后续访问直接 UB。

实操建议:

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  • 一律改用 mid = left + (right - left) / 2,无符号或有符号都安全
  • 如果用 size_t 或其他无符号类型,注意 left > right 会导致极大正数(不是负数),循环条件必须严格检查
  • std::midpoint(C++20)最省心,它专门处理了所有整型/指针类型的溢出问题

std::mapstd::set 里找元素,还用二分吗

不用。它们底层是红黑树,find()count()lower_bound() 等成员函数本身就是对数时间复杂度,且已针对树结构优化过路径和缓存局部性,比在 vector 上跑 std::lower_bound 还快(少一次内存跳转)。

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实操建议:

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  • 别把 std::map 的 key 拷出来塞进 vector 再二分——多此一举,还多一次 O(n) 拷贝
  • 如果需要按 value 查,说明数据结构选错了;考虑用 std::unordered_map 反向索引,或用 std::vector<:pair></:pair> + 排序 + std::lower_bound
  • std::map::lower_bound 返回的是迭代器,不是偏移量,别和 std::lower_bound 的返回类型混淆

二分查找失败时返回什么值,怎么判断

标准库函数统一返回“插入点”:即第一个不满足 comp(element, value) 的位置,也就是若插入 value,应放在该迭代器处。它不返回 -1 或 nullptr,这点和很多手写版本不同。

实操建议:

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  • 失败时返回值等于容器的 end(),这是唯一可靠的判断方式;不要检查 *it 是否合法,先判 it != container.end()
  • 如果要用下标,用 std::distance(container.begin(), it),别假设是 int 偏移——尤其在 deque 或自定义容器中
  • 手写版本如果返回 -1,记得调用方必须显式检查,而标准库的迭代器风格让错误更难被忽略

二分本身不难,难的是和容器、迭代器、比较逻辑、有符号/无符号类型、C++ 版本特性这些细节咬合时,哪一环松了都会静默出错。特别是 std::lower_bound 的语义和手写习惯反直觉——它不保证找到相等元素,只保证位置正确。

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