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C++二分查找怎么写 C++折半查找算法逻辑与实现【考点】

裘德小鎮的故事

裘德小鎮的故事

发布时间:2026-01-25 10:58:32

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来源于php中文网

原创

应优先使用std::lower_bound和std::upper_bound,二者要求容器升序、时间复杂度O(log n),可安全获取重复元素的左闭右开区间;手写需注意左闭右开循环条件、mid防溢出计算及边界更新逻辑;非随机访问容器(如list、set)须用对应成员函数以保效率。

c++二分查找怎么写 c++折半查找算法逻辑与实现【考点】

std::lower_bound 和 std::upper_bound 是最稳妥的选择

标准库提供的 std::lower_boundstd::upper_bound 就是 C++ 里“二分查找”的事实标准,不是“可以选”,而是“应该优先用”。它们在 头文件中,要求容器(或迭代器范围)已升序排列,时间复杂度稳定 O(log n),且内部处理了边界、溢出、比较逻辑等所有易错点。

常见错误是手写循环时漏判 left == right 或混淆 导致死循环或越界——而标准函数完全规避了这些。

  • std::lower_bound(first, last, val) 返回第一个 ≥ val 的位置(若不存在,返回 last
  • std::upper_bound(first, last, val) 返回第一个 > val 的位置
  • 两者配合可直接得到值 val 在有序容器中的左闭右开区间:[lower_bound, upper_bound)
  • std::vector 使用时,确保已调用 std::sort;对 std::set 可直接用,因其天然有序

手写二分必须盯紧循环条件和边界更新

如果面试或题目明确要求“手写”,核心陷阱不在算法思想,而在三处细节:循环条件、mid 计算方式、左右指针更新逻辑。稍一松懈就进坑。

推荐统一用左闭右开区间 [left, right) 写法,避免 left 下的 right = mid - 1 易错组合:

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int binary_search(const vector& arr, int target) {
    int left = 0, right = arr.size();
    while (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;  // 防止溢出,不用 (left + right) / 2
        if (arr[mid] < target) {
            left = mid + 1;  // 严格排除 mid,因 arr[mid] 已确定太小
        } else {
            right = mid;     // 不排除 mid,因 arr[mid] 可能就是 target
        }
    }
    return (left < arr.size() && arr[left] == target) ? left : -1;
}
  • left + (right - left) / 2mid,防止 left + right 溢出(尤其在 int 范围大时)
  • 循环条件始终是 left ,退出时 left == right,无需额外判断
  • else 分支用 right = mid(不是 mid - 1),因为 mid 位置仍可能是解
  • 最后必须检查 left 是否越界,以及 arr[left] 是否真等于 target

STL 容器不同,二分接口不通用

不是所有“有序容器”都能无脑套用 std::lower_bound —— 关键看是否支持随机访问迭代器。这是常被忽略的兼容性问题。

  • std::vectorstd::array、原生数组:支持随机访问,std::lower_bound 效率是 O(log n)
  • std::liststd::forward_list:只支持双向/单向迭代器,std::lower_bound 退化为 O(n)(它只能逐个走,无法跳转)
  • std::setstd::map:虽有序,但不提供 std::lower_bound 的高效版本(因底层是红黑树),应改用成员函数 set.lower_bound(val),这才是 O(log n)
  • 自定义类型需重载 operator,或传入比较函数(如 [](int a, int b) { return a )

面试/笔试里最容易栽在“找插入位置”和“找重复元素边界”

单纯“查是否存在”只是入门题;真实考点往往落在两个延伸场景:一是找目标值该插入到哪(保持有序),二是当数组含重复值时,找最左或最右出现位置。这两个需求,std::lower_boundstd::upper_bound 一行解决,手写则极易出错。

  • 插入位置 = std::lower_bound(arr.begin(), arr.end(), target) - arr.begin()
  • 最左下标 = std::lower_bound(...) 返回值;最右下标 = std::upper_bound(...) - 1(需先判断是否越界)
  • 重复元素个数 = std::upper_bound(...) - std::lower_bound(...),无需遍历
  • 手写时若想求最右位置,不能简单把 改成 ,而要调整 left = mid + 1right = mid 的分工,逻辑翻转容易绕晕

真正难的从来不是“怎么二分”,而是“在什么前提下用哪个接口、为什么这个接口在这里安全、换种容器会怎样”。细节堆叠起来,就是区分是否真懂的分水岭。

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