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正确地使用STL查找算法  

2018-03-03 21:47:19|  分类: C/C++ |  标签: |举报 |字号 订阅

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以下内容节选自《C++编程规范:101条规则/准则与最佳时间》,看到第85条感觉C++标准库里的查找算法会经常被误用,这条规则是对这些函数很好的总结,而且这些函数还很常用,所以就在这里总结一下了,顺带加写测试代码,以加深对这些函数的理解。查找函数有find/find_if,count/count_if,lower_bound,upper_bound,equal_range,binary_search。

查找操作,无非是从一个序列里查找,序列分为无序列表和有序列表
查找无序范围,应该使用find/find_if或者count/count_if,这两组函数是线性时间查找,无论元素是否在查找范围内,而两者相比,find/find_if效率会更高一点,因为找到匹配后函数就返回了
查找有序范围,应该使用lower_bound,upper_bound,equal_range,binary_search(这个函数需要谨慎地使用,因为它的效率并不高)。这4个函数的查找时间都是对数的。下面说下这几个函数的区别。

lower_bound返回一个迭代器,如果元素存在,指向第一个匹配的位置;如果不存在,指向匹配应该处于的位置。
upper_bound也返回一个迭代器,如果存在,指向最后一个匹配的下一个元素,此位置是添加下一个元素的位置。如果需要在所查找元素之后插入值,该函数正好满足需求。
equal_range能得到lower_bound,upper_bound两种算法的结果,并且开销小于两倍。
binary_search虽然有个好名字,但几乎毫无用处,该函数只返回一个bool值来表示是否匹配到了。
对于查找关联容器,比如map,应该使用其同名的成员函数,不要使用标准库的算法,成员函数版本效率通常更高。
文末还建议对于有序范围,用
p = equal_range(first, last, value);
distance(p.first, p.second);
当作count(first, last, value);的更快版本使用。
下面提供了一些以上函数的验证和使用例子。
代码放在我的Git上

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <chrono>
using namespace std;

int main()
{
vector<int> unorderList{ 256, 12, 45, 5, -489, 569, 654, 1, 0, 33, 25 };
// find,count effeciency comparation
auto t1 = chrono::system_clock::now();
for (int i = 0; i < 10000; ++i)
{
find(unorderList.cbegin(), unorderList.cend(), 0);
}
auto t2 = chrono::system_clock::now();
cout << "find() cost time:" << (t2 - t1).count() << endl;

t1 = chrono::system_clock::now();
for (int i = 0; i < 10000; ++i)
{
count(unorderList.cbegin(), unorderList.cend(), 0);
}
t2 = chrono::system_clock::now();
cout << "count() cost time:" << (t2 - t1).count() << endl;

/// output:
/// find() cost time : 528865
/// count() cost time : 753925

vector<int> orderList{ 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10 };
// lower_bound 返回一个不小于value的值
vector<int>::iterator itr;
itr = lower_bound(orderList.begin(), orderList.end(), 5);
cout << "lower_bound() search 5 position is:" << *itr << endl;
itr = lower_bound(orderList.begin(), orderList.end(), 6);
cout << "lower_bound() search 6 position is:" << *itr << endl;
/// output:
/// lower_bound() search 5 position is : 6
/// lower_bound() search 6 position is : 6

// upper_bound 返回指向第一个大于value的值
itr = upper_bound(orderList.begin(), orderList.end(), 5);
cout << "upper_bound() search 5 position is:" << *itr << endl;
itr = upper_bound(orderList.begin(), orderList.end(), 6);
cout << "upper_bound() search 6 position is:" << *itr << endl;
/// output:
/// upper_bound() search 5 position is : 6
/// upper_bound() search 6 position is : 7

// equal_range 返回一个pair,first是lower_bound()的返回值,second是upper_bound()的返回值
pair<vector<int>::iterator, vector<int>::iterator> p =
equal_range(orderList.begin(), orderList.end(), 6);
cout << "equal_range() search 6 position is:" << *(p.first)
<< " " << *(p.second) << endl;
/// output:
/// equal_range() search 6 position is:6 7

// binary_search
bool isFound = binary_search(orderList.cbegin(), orderList.cend(), 5);
cout << "binary_search() find 5, result:" << boolalpha << isFound << endl;/// false
bool isFound = binary_search(orderList.cbegin(), orderList.cend(), 6);
cout << "binary_search() find 5, result:" << boolalpha << isFound << endl;/// true

return 0;
}


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