c++lower_bound 函数和upper_bound函数

本文介绍了STL中关于二分查找的三个函数:lower_bound、upper_bound 和 binary_search 的用法及源代码实现。重点讲解了lower_bound 和 upper_bound 函数如何在非递减序列中查找指定值。
STL 中关于二分查找的函数有三个lower_bound 、upper_bound 、binary_search 。这三个函数都运用于有序区间(当然这也是运用二分查找的前提),下面记录一下这两个函数。

ForwardIter lower_bound(ForwardIter first, ForwardIter last,const _Tp& val)算法返回一个非递减序列[first, last)中的第一个大于等于值val的位置。

ForwardIter upper_bound(ForwardIter first, ForwardIter last, const _Tp& val)算法返回一个非递减序列[first, last)中的第一个大于值val的位置。

lower_bound和upper_bound如下图所示:

\

1.lower_bound函数源代码:

01. //这个算法中,first是最终要返回的位置
02. int lower_bound(int *array, int size, int key)
03. {
04. int first = 0, middle;
05. int half, len;
06. len = size;
07.  
08. while(len > 0) {
09. half = len >> 1;
10. middle = first + half;
11. if(array[middle] < key) {    
12. first = middle + 1;         
13. len = len-half-1;       //在右边子序列中查找
14. }
15. else
16. len = half;            //在左边子序列(包含middle)中查找
17. }
18. return first;
19. }

2.upper_bound函数源代码:

01. int upper_bound(int *array, int size, int key)
02. {
03. int len = size-1;
04. int half, middle;
05.  
06. while(len > 0){
07. half = len >> 1;
08. middle = first + half;
09. if(array[middle] > key)     //中位数大于key,在包含last的左半边序列中查找。
10. len = half;
11. else{
12. first = middle + 1;    //中位数小于等于key,在右半边序列中查找。
13. len = len - half - 1;
14. }
15. }
16. return first;
17. }

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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