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c++二分查找算法实现_c++ binary_search用法

尼克

尼克

发布时间:2026-01-02 17:43:02

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来源于php中文网

原创

std::binary_search 返回 bool 因其仅用于判断元素是否存在,不提供位置信息;需获取下标或迭代器时应使用 std::lower_bound 或 std::upper_bound。

c++二分查找算法实现_c++ binary_search用法

std::binary_search 为什么返回 bool 而不是下标

因为它的设计目标只有一个:**确认元素是否存在**。它不关心位置,所以不返回 int 或迭代器,只返回 truefalse。如果你需要下标或迭代器,得用 std::lower_boundstd::upper_bound,而不是 std::binary_search

常见错误是写成这样:

int pos = std::binary_search(v.begin(), v.end(), x); // ❌ 编译失败:返回类型是 bool

正确做法是先确保容器已排序,再单独查存在性:

  • std::binary_search 要求范围必须是升序(默认)或按同一规则严格弱序
  • 若用自定义比较函数,比如 std::greater(),则容器必须是降序排列,否则行为未定义
  • std::vectorstd::array 等连续内存容器效率高;对 std::list 无法使用(不支持随机访问迭代器)

自己手写二分查找时,left

两种写法都对,但语义和边界处理逻辑不同,容易错在循环条件和更新方式的配合上。

推荐统一用 left + 左闭右开区间 [left, right),理由是:避免 mid 计算溢出(可用 left + (right - left) / 2),且与 STL 迭代器习惯一致。

例如查找首个 ≥ x 的位置(即 lower_bound 行为):

int lower_bound(const vector& a, int x) {
    int left = 0, right = a.size();
    while (left < right) {
        int mid = left + (right - left) / 2;
        if (a[mid] < x) {
            left = mid + 1;
        } else {
            right = mid;
        }
    }
    return left;
}
  • 若用 left ,需注意 right 初始化为 a.size() - 1,且循环内 right = mid - 1,否则可能死循环
  • 手写时忘记检查越界(如 left == a.size())会导致访问非法内存
  • 整数除法向下取整,(left + right) / 2leftright 很大时可能溢出,应改用 left + (right - left) / 2

binary_search 在 map/set 上能直接用吗

不能直接传迭代器范围调用 std::binary_search,因为 std::mapstd::setbegin()/end() 返回的是双向迭代器,不是随机访问迭代器 —— 而 std::binary_search 要求 RandomAccessIterator

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但你不需要手动二分:这些容器内部就是平衡树,find()count()lower_bound() 都是 O(log n),且更安全:

  • my_map.find(x) != my_map.end()std::binary_search 更自然、更高效(无需构造临时迭代器范围)
  • std::binary_search(my_set.begin(), my_set.end(), x) 编译不过,报错类似:no match for ‘operator-’(缺少减法运算符)
  • 若真要对 mapkey 做二分,应提取 keyvector 再查,但通常没必要 —— 直接用 map.lower_bound(x)

用 binary_search 前忘了 sort 会怎样

结果不可预测:可能返回 true,也可能返回 false,即使元素真实存在。标准不保证任何行为,属于未定义(undefined behavior)。

典型误操作:

vector v = {5, 2, 8, 1};
bool found = binary_search(v.begin(), v.end(), 2); // ❌ 不排序就搜,结果随机

修复很简单,但要注意时机:

  • 排序是一次性开销,如果后续多次查询,务必只排一次
  • 若容器动态变化(插入/删除),每次查前都重新排序代价极高,此时应换用 std::set 或维护有序结构
  • std::sort 后再查,别漏掉头文件:#include #include

最常被忽略的一点:自定义类型排序时,比较函数必须满足严格弱序(strict weak ordering),否则 sortbinary_search 都可能崩溃或返回错误结果。

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