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C++的std::equal_range如何一次性获取匹配的区间? (效率优化)

穿越時空

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发布时间:2026-02-18 12:56:03

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来源于php中文网

原创

std::equal_range返回std::pair,first指向首个不小于目标值的位置,second指向首个大于目标值的位置,共同界定所有等于目标值的连续元素区间;要求容器有序且比较逻辑一致。

c++的std::equal_range如何一次性获取匹配的区间? (效率优化)

std::equal_range 返回的是什么,为什么它“一次性”就拿到了区间

它返回的是 std::pair<iterator iterator></iterator>,其中 first 指向第一个不小于目标值的位置,second 指向第一个大于目标值的位置——这俩正好围出所有等于目标值的连续元素范围。前提是容器已排序,且比较逻辑一致。

常见错误是拿到 std::pair 后还手动遍历验证是否相等,纯属重复劳动;更糟的是用 std::find 配合 std::count 模拟,时间复杂度从 O(log n) 退化到 O(n)

  • 必须确保传入的迭代器范围是有序的(升序默认,也可传自定义 Compare
  • 若用自定义比较函数(如 std::greater<int></int>),std::equal_range 的语义仍保持“等价类区间”,但“等价”由该函数定义
  • std::vectorstd::array 等支持随机访问的容器,底层用二分查找;对 std::list 不适用——它没有 std::equal_range 的重载版本

怎么写才不会踩空指针或越界坑

返回的两个迭代器可能都等于 end()(说明没找到),也可能 first == second(找到零个匹配项),也可能 first != second(有匹配)。别直接解引用 first 就以为一定有值。

典型误写:auto it = std::equal_range(v.begin(), v.end(), x); *it.first = 42; —— 如果没找到,it.firstv.end(),解引用未定义行为。

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  • 安全做法:先检查 it.first != it.second 再操作区间内元素
  • 若只关心是否存在,用 it.first != v.end() && *(it.first) == x 更稳妥(因为 equal_range 在严格弱序下不能保证 *it.first == x,尤其用了自定义 Compare 时)
  • std::map / std::set,直接用成员函数 equal_range(如 m.equal_range(key)),比全局版本略快,且类型更安全

和 lower_bound + upper_bound 手动组合比,有啥实际差别

没差别。标准规定 std::equal_range 等价于调用一次 std::lower_bound 和一次 std::upper_bound,但允许实现做优化——比如某些库(如 libstdc++)在随机访问迭代器上只做一次二分过程,把上下界一并算出来。

所以不是“语法糖”,而是潜在的性能友好接口。但别指望在 std::deque 上有质变,它的随机访问代价高,两次二分仍是两次 O(log n)

  • std::lower_bound(a, b, x); std::upper_bound(a, b, x); 和写 std::equal_range(a, b, x) 语义完全等价
  • 但前者容易写错:比如两次传不同比较器、或第二次传错迭代器范围
  • 如果后续要反复查多个值,且容器不变,考虑预建 std::vector + std::sort + 一次性批量查询,而不是反复调用 equal_range

在 C++20 范围库下怎么更自然地用

C++20 的 std::ranges::equal_range 支持直接传容器、视图或范围适配器,不用再拆 .begin()/.end(),也自动推导比较逻辑。

示例:auto [lo, hi] = std::ranges::equal_range(vec, 42); —— 结构化绑定让意图更清晰,且 vec 可以是 std::vectorstd::span,甚至带 filter_view 的懒计算序列(只要满足 random_access_rangesorted 概念)。

  • 注意:若范围不是 std::ranges::sorted(比如没排过序),行为未定义,编译期不报错,运行时结果不可靠
  • 自定义比较器要传给 std::ranges::equal_range 第三个参数,不能靠 ADL 或模板实参推导
  • 目前主流 STL 实现(libstdc++、libc++)对 ranges 版本的优化程度还不完全等同于传统版,高频调用场景建议压测对比
实际用的时候,最容易被忽略的是:**等价关系依赖于你传的 Compare,而不是 == 运算符**。哪怕元素物理相等,若 Compare 认为它们不等价,equal_range 就不会把它们归进同一个区间。

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