C++如何在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

雨芳同学_9344

雨芳同学_9344

2026-10-21

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原创

std::lower_bound和std::upper_bound可直接求目标值左右边界;前者返回首个≥target迭代器,后者返回首个>target迭代器,差值即出现次数,区间左闭右开。

c++如何在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置

用 std::lower_bound 和 std::upper_bound 直接解决

标准库已经提供了两个精准匹配的函数,不需要手写二分。只要数组是升序(std::sort 后或天然有序),就能在 O(log n) 时间内拿到左右边界。

关键点: - std::lower_bound 返回第一个 ≥ target 的迭代器 - std::upper_bound 返回第一个 > target 的迭代器 - 两者差值就是 target 出现次数,且区间左闭右开

示例:

vector<int> nums = {5,7,7,8,8,10};
int target = 8;
auto left = lower_bound(nums.begin(), nums.end(), target);
auto right = upper_bound(nums.begin(), nums.end(), target);
if (left == right) {
    // 没找到,返回 [-1,-1]
} else {
    int first = left - nums.begin();
    int last = right - nums.begin() - 1; // 注意减1,因为 upper_bound 是开区间右端
}</int>

手写二分时为什么不能只改一个判断条件

很多人想复用同一个二分模板,只改 或 <code>,结果边界出错。根本原因是:查找“第一个”和“最后一个”本质是两个不同语义的搜索问题,终止条件和收缩方向必须独立设计。

常见错误现象: - 找第一个位置时,nums[mid] == target 后却向右缩(应向左缩) - 找最后一个位置时,没处理 mid 落在重复段中间导致漏掉右边界 - 忘记检查 left 是否越界(比如 target 比所有数都大)

正确做法: - 查第一个:满足 nums[mid] >= target 时,right = mid(不减1,保留 mid) - 查最后一个:满足 nums[mid] 时,<code>left = mid + 1(主动跳过 mid,最后回退) - 两次二分后,都必须验证 nums[left] 或 nums[right] 确实等于 target

输入为空或全不匹配时的边界检查怎么做

空数组、target 小于最小值、大于最大值——这三种情况都会导致 lower_bound 返回 end(),或者手写二分后 left >= size() 或 nums[left] != target。

C++14
C++14

C++14 对 C++11 的修正与增强版本,适合旧系统维护和较老工具链兼容。

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必须显式判断,不能只靠索引是否在 [0, n) 内: - lower_bound 返回 nums.end() → 说明所有元素都 *lower_bound(...) != target → 说明不存在 - 同理,upper_bound 返回 begin() 也不代表有解,得先确认 lower_bound 有效

所以安全写法是: - 先算 left_it = lower_bound(...) - 再判断 left_it == nums.end() || *left_it != target - 只有通过才继续算 right_it 并构造结果

用 std::equal_range 一步到位但要注意返回类型

它其实是 lower_bound 和 upper_bound 的封装,返回 pair<iterator iterator></iterator>,语义更清晰。

但容易踩的坑: - 返回的是迭代器对,不是下标,要手动减 begin() - 如果没找到,first == second,此时不能直接取 *first(解引用非法) - 它不支持自定义比较器以外的逻辑(比如降序数组需传 greater<int>()</int>)

简短示例:

auto range = equal_range(nums.begin(), nums.end(), target);
if (range.first == range.second) {
    return {-1, -1};
}
return {range.first - nums.begin(), range.second - nums.begin() - 1};

真正复杂的地方不在算法本身,而在于每次调用后都得做一次存在性校验——少一次判断,就可能解引用 end() 或越界访问。

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