lower_bound()函数和upper_bound()函数

本文详细介绍了C++标准模板库(STL)中lower_bound和upper_bound函数的实现原理与使用方法。lower_bound函数用于寻找可以插入指定值的第一个位置,而upper_bound则定位最后一个合适的插入位置。两函数均采用二分查找法高效处理已排序序列。
1、lower_bound()函数
在不破坏排序状态的原则下,可插入value的第一个位置
template<class ForwardIt, class T>
ForwardIt lower_bound(ForwardIt first, ForwardIt last, const T& value)
{
    ForwardIt it;
    typename std::iterator_traits<ForwardIt>::difference_type count, step;
    count = std::distance(first, last);
 
    while (count > 0) { //因为序列是有序的,因此执行二分查找
        it = first; 
        step = count / 2; 
        std::advance(it, step); //前进step步
        if (*it < value) { //大于才进入右区间,等于都应该进入左区间,因为是求第一个位置</span><span style="font-size: 22px;">
            first = ++it; 
            count -= step + 1; 
        }
        else //进入左区间
            count = step;
    }
    return first;
}

2、upper_bound()函数
在不破坏排序状态的原则下,可插入value的最后一个合适位置
template<class ForwardIt, class T>
ForwardIt upper_bound(ForwardIt first, ForwardIt last, const T& value)
{
    ForwardIt it;
    typename std::iterator_traits<ForwardIt>::difference_type count, step;
    count = std::distance(first,last);
 
    while (count > 0) { //因为序列是有序的,因此执行二分查找</span><span style="font-size: 22px;">
        it = first; 
        step = count / 2; //中间
        std::advance(it, step); //前进step步
        if (!(value < *it)) {  //进入右区间,大于等于都进入右区间,因为是求最后一个满足条件的位置</span><span style="font-size: 22px;">
            first = ++it;
            count -= step + 1;
        } else count = step;
    }
    return first;
}
这是一个“普通文本型”问题。 在 C++ 的 `<algorithm>` 头文件中,`lower_bound` `upper_bound` 用于在**已排序区间**中进行二分查找。 --- ### `lower_bound` ```cpp auto it = lower_bound(first, last, value); ``` - 返回指向**第一个不小于 `value`** 的元素的迭代器(即 $\geq$ value)。 - 若不存在这样的元素,则返回 `last`。 > 例如,在数组 $[1, 3, 3, 5, 7]$ 中查找 `3`: > - `lower_bound` 指向第一个 `3`。 --- ### `upper_bound` ```cpp auto it = upper_bound(first, last, value); ``` - 返回指向**第一个大于 `value`** 的元素的迭代器(即 $>$ value)。 - 若不存在,则返回 `last`。 > 同样在 $[1, 3, 3, 5, 7]$ 中查找 `3`: > - `upper_bound` 指向 `5`(第一个大于 3 的元素)。 --- ### 常见用途:统计某个值的出现次数 ```cpp int count = upper_bound(vec.begin(), vec.end(), x) - lower_bound(vec.begin(), vec.end(), x); ``` 这会得到 $x$ 在有序数组中的出现次数。 --- ### 注意事项 - 容器必须是**有序的**(升序,默认情况)。 - 可配合自定义比较函数使用: ```cpp lower_bound(..., value, cmp) ``` 其中 `cmp(a, b)` 应返回 `bool`,表示 `a < b` 的逻辑。 --- ### 知识点 - **二分查找**:在有序序列中高效定位元素,时间复杂度为 $O(\log n)$。 - **迭代器操作**:通过减法计算位置差,适用于随机访问迭代器(如 vector)。 - **STL 算法应用**:`lower_bound` 与 `upper_bound` 是标准库提供的经典搜索算法。
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