C++中“左闭右开”范围的设计

最新推荐文章于 2025-05-29 23:36:29 发布

Reese_Cool

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言

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为何 sort find,copy等函数要求 last 指向排序范围末尾位置的下一个位置，而非最末尾的位置？

1. 简化边界条件判断

空区间表示：使用左闭右开区间可以很方便地表示空区间。当 first 和 last 相等时，即 first == last，表示这个区间不包含任何元素，是一个空区间。例如，对于一个 vector<int> nums;，nums.begin() 和 nums.end() 初始时是相等的，这清晰地表明该向量为空。
避免越界访问：在编写循环遍历这个区间时，不需要额外考虑最后一个元素的边界情况。例如，下面是一个简单的遍历区间 [first, last) 的示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};
    auto first = nums.begin();
    auto last = nums.end();
    for (auto it = first; it != last; ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这个循环中，条件 it != last 保证了不会访问到 last 所指向的位置，避免了越界访问的问题。如果 last 指向的是区间的最后一个元素，就需要在循环条件中做更复杂的判断，以防止越界。

越界访问是啥意思？为什么指向末尾就会导致越界访问？

越界访问是指程序在访问数组、容器（如 vector）等数据结构时，访问的位置超出了该数据结构所分配的有效内存范围。在 C++ 里，这种行为是未定义行为，可能会导致程序崩溃、产生不可预期的结果，或者覆盖其他重要数据。

假设 last 指向末尾位置：假设我们有一个 vector<int> nums = {1, 2, 3}，它有 3 个元素，索引分别是 0、1、2。如果 last 指向末尾位置，也就是索引为 2 的元素（值为 3），下面是一段模拟遍历代码：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> nums = {1, 2, 3};
    auto first = nums.begin();
    // 假设 last 指向末尾元素
    auto last = first + 2; 

    // 尝试遍历
    for (auto it = first; it <= last; ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这个代码中，循环条件是 it <= last。这种方式在向量不为空时可以正常遍历元素，但在处理空向量时会有问题。因为对于空向量，first 和 last 都会指向同一个位置（因为空 vector 没有元素），vec.end() - 1 是未定义行为，可能会导致程序崩溃。而且，在更复杂的操作中，很容易因为边界判断失误而访问到无效内存，造成越界访问。

2. 区间操作的一致性和方便性

区间分割：左闭右开区间使得区间的分割和合并操作更加直观和方便。例如，要将一个区间 [first, last) 分割成两个子区间 [first, mid) 和 [mid, last)，只需要确定一个中间位置 mid 即可，不需要对边界做额外的调整。
区间长度计算：区间的长度可以简单地通过 last - first 计算得到。例如，对于一个 vector，可以直接用 nums.end() - nums.begin() 得到元素的个数。如果 last 指向的是最后一个元素，计算长度就需要进行额外的处理（如 last - first + 1）。