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C++如何实现二分查找算法的变体_C++查找第一个和最后一个出现位置【面试】

冰火之心

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发布时间:2026-02-05 13:49:02

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来源于php中文网

原创

std::lower_bound返回首个≥target的迭代器,upper_bound返回首个>target的迭代器;二者配合可安全获取目标值的完整闭区间范围,避免手写二分的越界与死循环风险。

c++如何实现二分查找算法的变体_c++查找第一个和最后一个出现位置【面试】

如何用 std::lower_boundstd::upper_bound 找第一个/最后一个位置

标准库已提供稳定、边界安全的实现,无需手写二分循环。关键不是“能不能写”,而是“为什么必须用这两个函数而不是自己改 binary_search”。std::lower_bound 返回第一个 ≥ target 的迭代器,std::upper_bound 返回第一个 > target 的迭代器;两者配合就能得到闭区间 [first, last) 的完整范围。

常见错误是直接对 std::binary_search 的返回值做指针运算——它只返回 bool,不提供位置信息。另一个坑是手动实现时混淆“查找到即返回”和“必须收缩到边界”的逻辑,尤其在 target 不存在时容易越界或死循环。

使用示例:

vector nums = {1,2,2,2,3,4,4};
auto left = lower_bound(nums.begin(), nums.end(), 2);  // 指向索引 1
auto right = upper_bound(nums.begin(), nums.end(), 2); // 指向索引 4
int first = (left != nums.end() && *left == 2) ? left - nums.begin() : -1;
int last = (right != nums.begin() && *(right-1) == 2) ? right - nums.begin() - 1 : -1;

手写左边界查找时,while 条件和 mid 更新怎么写才不出错

核心在于统一使用 left 循环条件,并始终让 right 指向“可能的右边界外侧”,即搜索区间为 [left, right)。这样所有更新都可无脑处理,不会漏掉单元素情况。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

错误写法包括:left 配合 right = mid - 1(易越界)、mid = (left + right) / 2大数据下整数溢出、未处理 nums[mid] == target 时该往哪缩。

正确要点:

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  • 初始化:int left = 0, right = nums.size();
  • 循环条件:while (left
  • 更新逻辑:if (nums[mid] ,否则 right = mid;(注意不是 mid - 1
  • 退出后检查:left 是否在范围内且 nums[left] == target

查找最后一个位置时,为什么不能简单把 left 边界代码里的

因为语义不同:左边界关注“≥ target 的最小下标”,右边界关注“≤ target 的最大下标”,二者不能通过对称替换比较符来推导。强行把 换成 > 会破坏单调性假设,导致 mid 偏移方向错误,甚至无限循环。

更可靠的做法是复用左边界逻辑,但把判断条件反转:找最后一个位置等价于找第一个 > target 的位置,再减一。这也是 std::upper_bound 的设计依据。

手写右边界时,推荐直接基于左边界函数改造:

int findLast(const vector& nums, int target) {
    auto it = upper_bound(nums.begin(), nums.end(), target);
    if (it == nums.begin()) return -1;
    --it;
    return (*it == target) ? it - nums.begin() : -1;
}

面试时被要求手写,如何快速验证边界 case 不崩

别一上来就写主逻辑,先列 4 种最小规模输入,边写边套进去跑:

  • 空数组:{}
  • 单元素不匹配:{5} 查 3
  • 单元素匹配:{5} 查 5
  • 重复元素:{2,2,2} 查 2

重点盯两个地方:循环是否终止(避免死循环)、返回前是否做了存在性检查(避免解引用 end() 迭代器)。C++ 面试中,用 vector::at() 而非 [] 可提前暴露越界问题,比静默 UB 更利于调试。

最容易被忽略的是:当 target 大于所有元素时,lower_bound 返回 end(),此时直接减 1 或解引用必崩——这个检查必须显式写,不能靠“理论上不会发生”跳过。

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