C++实现lower_bound、upper_bound函数

引言

关于这个lower_bound、upper_bound函数我是在学习算法的时候有一个find函数需要去写，然后这个老师就没用库函数，直接写了这个底层实现，然后说这个可以用lower_bound替代，我就想这不就是个简单的二分嘛，然后我就好奇这个函数的底层源码，为此写了这篇博客。

一、库函数介绍

#include <algorithm>  //头文件

首先不论是lower_bound、upper_bound它们提供的数组必须是从小到大有序的，这是作为前提！

1.lower_bound

从左到右查找第一个大于等于val的元素，返回其对应的迭代器

//在 [first, last) 区域内查找不小于 val 的元素
ForwardIterator lower_bound (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);

看一下示例

vector<int> nums{ 1,2,3,4,5,6 };
auto a = lower_bound(nums.begin(), nums.end(), 3);  //返回3所对应的迭代器
cout << *a << endl;  //3

2.upper_bound

从左到右查找第一个大于val的元素，返回其对应的迭代器

//查找[first, last)区域中第一个大于 val 的元素。
ForwardIterator upper_bound (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);

看一下示例

vector<int> nums{ 1,2,3,4,5,6 };
auto a = lower_bound(nums.begin(), nums.end(), 3);  //返回4所对应的迭代器
cout << *a << endl;  //4

二、源码实现

1.lower_bound源码实现

就是一个简单的二分，我就不搞模板了，就能理解底层怎么实现的就行了

int my_lower_bound(const vector<int>& nums, const int& val)
{
	int l = 0, r = nums.size() - 1;
	while (l < r)
	{
		int mid = l + r >> 1;
		if (nums[mid] >= val) r = mid;
		else l = mid + 1;
	}

	return r;
}

2.upper_bound源码实现

int my_upper_bound(const vector<int>& nums, const int& val)
{
	int l = 0, r = nums.size() - 1;
	while (l < r)
	{
		int mid = l + r >> 1;
		if (nums[mid] > val) r = mid;
		else l = mid + 1;
	}

	return r;
}

3.测试

可以看出结果是正确的

int main()
{
	vector<int> nums{ 1,2,3,4,5,6 };

	auto a = my_lower_bound(nums, 3);
	cout << nums[a] << endl;

	a = my_upper_bound(nums, 3);
	cout << nums[a] << endl;

	return 0;
}

三、全部代码

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int my_lower_bound(const vector<int>& nums, const int& val)
{
	int l = 0, r = nums.size() - 1;
	while (l < r)
	{
		int mid = l + r >> 1;
		if (nums[mid] >= val) r = mid;
		else l = mid + 1;
	}

	return r;
}

int my_upper_bound(const vector<int>& nums, const int& val)
{
	int l = 0, r = nums.size() - 1;
	while (l < r)
	{
		int mid = l + r >> 1;
		if (nums[mid] > val) r = mid;
		else l = mid + 1;
	}

	return r;
}

int main()
{
	vector<int> nums{ 1,2,3,4,5,6 };

	auto a = my_lower_bound(nums, 3);
	cout << nums[a] << endl;

	a = my_upper_bound(nums, 3);
	cout << nums[a] << endl;

	return 0;
}

四、源码

1.lower_bound源码

template <class ForwardIterator, class T>
ForwardIterator lower_bound (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val)
{
    ForwardIterator it;
    iterator_traits<ForwardIterator>::difference_type count, step;
    count = distance(first,last);
    while (count>0)
    {
        it = first; step=count/2; advance (it,step);
        if (*it<val) {  //或者 if (comp(*it,val))，对应第 2 种语法格式
            first=++it;
            count-=step+1;
        }
        else count=step;
    }
    return first;
}

2.upper_bound源码

template <class ForwardIterator, class T>
ForwardIterator upper_bound (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val)
{
    ForwardIterator it;
    iterator_traits<ForwardIterator>::difference_type count, step;
    count = std::distance(first,last);
    while (count>0)
    {
        it = first; step=count/2; std::advance (it,step);
        if (!(val<*it))  // 或者 if (!comp(val,*it)), 对应第二种语法格式
            { first=++it; count-=step+1;  }
        else count=step;
    }
    return first;
}

五、参考博客

C语言中文网：C++ lower_bound() 函数
C语言中文网：C++ upper_bound() 函数
C++参考手册：std::distance()
CSDN博客：实现lower_bound和upper_bound算法