std::ranges::binary_search() 算法

自 C++20 起

简化

// (1)
constexpr bool
  binary_search( I first, S last, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

// (2)
constexpr bool
  binary_search( R&& r, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

参数类型是泛型的，并具有以下约束

• I - std::forward_iterator

• S - std::sentinel_for<I>

• R - std::ranges::forward_range

• Comp:

  • (1) - indirect_strict_weak_order< const T*, projected<I, Proj>>
  • (2) - indirect_strict_weak_order< const T*, projected<ranges::iterator_t<R>, Proj>>

  （为方便阅读，此处省略了 std:: 命名空间）

• T - （无）

• Proj - (无)

所有重载的 Proj 和 Comp 模板参数具有以下默认类型：std::identity, ranges::less。

详细

// (1)
template<
  std::forward_iterator I,
  std::sentinel_for<I> S,
  class T,
  class Proj = std::identity,
  std::indirect_strict_weak_order< const T*, std::projected<I, Proj>> Comp = ranges::less
>
constexpr bool
    binary_search( I first, S last, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

// (2)
template<
  ranges::forward_range R,
  class T,
  class Proj = std::identity,
  std::indirect_strict_weak_order< const T*, std::projected<ranges::iterator_t<R>, Proj>> Comp = ranges::less
>
constexpr bool
  binary_search( R&& r, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {} );

• (1) 返回一个迭代器，指向范围 [first; last) 中第一个不小于（即大于或等于）value 的元素，如果找不到这样的元素，则返回 last。

  范围 [first; last) 必须根据表达式 comp(element, value) 进行分区，即所有使表达式为 true 的元素必须位于所有使表达式为 false 的元素之前。

  完全排序的范围满足此条件。

为了使 ranges::binary_search 成功，范围 [first; last) 必须至少相对于 value 部分有序，即它必须满足以下所有要求

• 相对于 std::invoke(comp, std::invoke(proj, element), value) 进行分区（即所有使表达式为 true 的投影元素都位于所有使表达式为 false 的元素之前）。
• 相对于 !std::invoke(comp, value, std::invoke(proj, element)) 进行分区。
• 对于所有元素，如果 std::invoke(comp, std::invoke(proj, element), value) 为 true，则 !std::invoke(comp, value, std::invoke(proj, element)) 也为 true。

完全排序的范围满足这些标准。

• (1) 检查范围 [first; last) 中是否存在与 value 等效的投影元素。

• (2) 与 (1) 相同，但使用 r 作为源范围，如同使用 ranges::begin(r) 作为 first 和 ranges::end(r) 作为 last。

本页描述的函数类实体是niebloids。

参数

first last	要检查的部分有序元素范围。
r	要检查的部分有序元素范围。
值	用于比较元素的 `value`。
comp	应用于投影元素的比较函数。
proj	应用于元素的投影。

返回值

如果找到等于 value 的元素，则为 true。

否则为 false。

复杂度

最多 log2(last - first) + O(1) 次比较和投影应用。

然而，对于不符合 random_access_iterator 模型的迭代器，迭代器增量次数是线性的。

异常

(无)

可能的实现

ranges::binary_search

struct binary_search_fn
{
    template<std::forward_iterator I, std::sentinel_for<I> S, class T,
             class Proj = std::identity,
             std::indirect_strict_weak_order<
                 const T*,
                 std::projected<I, Proj>> Comp = ranges::less>
    constexpr bool
        operator()(I first, S last, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const
    {
        first = std::lower_bound(first, last, value, comp);
        return (!(first == last) && !(comp(value, *first)));
    }

    template<ranges::forward_range R, class T, class Proj = std::identity,
             std::indirect_strict_weak_order<
                 const T*,
                 std::projected<ranges::iterator_t<R>, Proj>> Comp = ranges::less>
    constexpr bool operator()(R&& r, const T& value, Comp comp = {}, Proj proj = {}) const
    {
        return (*this)(ranges::begin(r), ranges::end(r), value,
                       std::ref(comp), std::ref(proj));
    }
};

inline constexpr binary_search_fn binary_search;

示例

Main.cpp

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <ranges>

int main()
{
  constexpr static auto haystack = {1, 3, 4, 5, 9};
  static_assert(std::ranges::is_sorted(haystack));

  for (const int needle : std::views::iota(1)
      | std::views::take(3))
  {
    std::cout << "Searching for " << needle << ": ";
    std::ranges::binary_search(haystack, needle)
      ? std::cout << "found " << needle << '\n'
      : std::cout << "no dice!\n";
  }
}

输出

Searching for 1: found 1
Searching for 2: no dice!
Searching for 3: found 3