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C# 二分查找实现方法 C#如何实现二分查找算法

星降

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发布时间:2026-01-26 12:34:02

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来源于php中文网

原创

Array.BinarySearch是最稳妥的选择,它提供泛型安全、边界完善的二分查找,支持所有一维数组,未找到时返回负数(按位取反为插入位置),需判正负而非直接作索引。

c# 二分查找实现方法 c#如何实现二分查找算法

Array.BinarySearch 是最稳妥的选择

绝大多数场景下,不需要手写二分查找——C# 运行时已提供高度优化、泛型安全、边界处理完善的 Array.BinarySearch 方法。它支持所有一维数组(int[]string[]、自定义类型等),且自动处理未找到时的负数返回值(按位取反后为插入位置)。

常见错误是直接把返回值当索引用,忽略负数含义:

int[] arr = { 1, 3, 5, 7, 9 };
int index = Array.BinarySearch(arr, 6); // 返回 -4,不是“没找到就返回 -1”
if (index < 0) {
    Console.WriteLine($"应插入到位置 {~index}"); // 输出:应插入到位置 3
}

手写二分查找时必须检查 left

手动实现最容易出错的是循环条件和边界更新。典型错误写法:while (left 或漏掉 mid 的等于判断,导致漏查或死循环。

标准实现要点:

  • 初始 right = arr.Length - 1,不是 arr.Length
  • 循环条件严格为 left
  • 更新时用 right = mid - 1left = mid + 1,不能写成 = mid
  • 每次计算 mid = left + (right - left) / 2 防止整数溢出(尤其在大数组中)
static int BinarySearch(int[] arr, int target) {
    int left = 0, right = arr.Length - 1;
    while (left <= right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (arr[mid] == target) return mid;
        if (arr[mid] < target) left = mid + 1;
        else right = mid - 1;
    }
    return -1;
}

List.BinarySearchSpan.BinarySearch 的适用场景

如果数据来自 List,优先用其 BinarySearch 方法,它内部调用相同逻辑,但避免了数组拷贝开销;若处理的是栈上切片(如从大数组中取一段),Span.BinarySearch 更高效,零分配且支持自定义 IComparer

注意:二者都要求输入已排序,且不自动验证——传入乱序数据会返回错误结果,不会抛异常。

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  • List.BinarySearch:适合频繁读、偶有修改的集合
  • Span.BinarySearch:适合高性能数值计算、内存敏感场景(.NET Core 2.1+)
  • 三者都不支持多维数组,需自行展平或改用其他结构

泛型版本要小心 IComparablenull

对引用类型(如 string 或自定义类)使用泛型二分时,若元素可能为 null,而比较器未显式处理,Array.BinarySearch 可能抛 NullReferenceException

解决方式:

  • 用带 IComparer 参数的重载,例如 StringComparer.Ordinal
  • 自定义类型确保实现 IComparable 并正确处理 null
  • 避免依赖默认比较器处理可空引用类型

比如搜索含 null 的字符串数组:

string[] arr = { "a", null, "c" };
// ❌ 危险:Array.BinarySearch(arr, "b") 可能崩
// ✅ 安全:指定比较器
int idx = Array.BinarySearch(arr, "b", StringComparer.Ordinal);

实际用的时候,先确认数据是否已排序、是否允许 null、是否需要插入位置信息——这些细节比算法本身更容易导致线上问题。

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