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C++ equel_range()函数详解

equel_range() 函数定义在<algorithm>头文件中,用于在指定范围内查找等于目标值的所有元素。

值得一提的是,当指定范围内的数据支持用 < 小于运算符直接做比较时,可以使用如下格式的 equel_range() 函数:
//找到 [first, last) 范围中所有等于 val 的元素
pair<ForwardIterator,ForwardIterator> equal_range (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val);
如果指定范围内的数据为自定义的类型(用结构体或类),就需要自定义比较规则,这种情况下可以使用如下格式的 equel_range() 函数:
//找到 [first, last) 范围内所有等于 val 的元素
pair<ForwardIterator,ForwardIterator> equal_range (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val, Compare comp);
以上 2 种格式中,first 和 last 都为正向迭代器,[first, last) 用于指定该函数的作用范围;val 用于指定目标值;comp 用于指定比较规则,此参数可接收一个包含 2 个形参(第二个形参值始终为 val)且返回值为 bool 类型的函数,可以是普通函数,也可以是函数对象。

同时,该函数会返回一个 pair 类型值,其包含 2 个正向迭代器。当查找成功时:
  1. 第 1 个迭代器指向的是 [first, last) 区域中第一个等于 val 的元素;
  2. 第 2 个迭代器指向的是 [first, last) 区域中第一个大于 val 的元素。
反之如果查找失败,则这 2 个迭代器要么都指向大于 val 的第一个元素(如果有),要么都和 last 迭代器指向相同。

需要注意的是,由于 equel_range() 底层实现采用的是二分查找的方式,因此该函数仅适用于“已排好序”的序列。所谓“已排好序”,并不是要求 [first, last) 区域内的数据严格按照某个排序规则进行升序或降序排序,只要满足“所有令 element<val(或者 comp(element,val)成立的元素都位于不成立元素的前面(其中 element 为指定范围内的元素)”即可。

有关二分查找算法,读者可阅读《二分查找算法》一节。

举个例子:
#include <iostream>     // std::cout
#include <algorithm>    // std::equal_range
#include <vector>       // std::vector
using namespace std;
//以普通函数的方式定义查找规则
bool mycomp(int i, int j) { return i > j; }
//以函数对象的形式定义查找规则
class mycomp2 {
public:
    bool operator()(const int& i, const int& j) {
        return i > j;
    }
};
int main() {
    int a[9] = { 1,2,3,4,4,4,5,6,7};
    //从 a 数组中找到所有的元素 4
    pair<int*, int*> range = equal_range(a, a + 9, 4);
    cout << "a[9]:";
    for (int *p = range.first; p < range.second; ++p) {
        cout << *p << " ";
    }

    vector<int>myvector{ 7,8,5,4,3,3,3,3,2,1 };
    pair<vector<int>::iterator, vector<int>::iterator> range2;
    //在 myvector 容器中找到所有的元素 3
    range2 = equal_range(myvector.begin(), myvector.end(), 3,mycomp2());
    cout << "\nmyvector:";
    for (auto it = range2.first; it != range2.second; ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    return 0;
}
程序执行结果为:

a[9]:4 4 4
myvector:3 3 3 3

此程序中演示了 equal_range() 函数的 2 种适用场景,其中 a[9] 数组中存储的为升序序列;而 myvector 容器中存储的序列虽然整体是乱序的,但对于目标元素 3 来说,所有符合 mycomp2(element, 3) 规则的元素都位于其左侧,不符合的元素都位于其右侧,因此 equal_range() 函数仍可正常执行。

实际上,equel_range() 函数的功能完全可以看做是 lower_bound() 和 upper_bound() 函数的合体。C++ STL标准库给出了 equel_range() 函数底层实现的参考代码(如下所示),感兴趣的读者可自行研究,这里不再赘述:
//对应第一种语法格式
template <class ForwardIterator, class T>
pair<ForwardIterator,ForwardIterator> equal_range (ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val)
{
    ForwardIterator it = std::lower_bound (first,last,val);
    return std::make_pair ( it, std::upper_bound(it,last,val) );
}
//对应第二种语法格式
template<class ForwardIterator, class T, class Compare>
std::pair<ForwardIt,ForwardIt> equal_range(ForwardIterator first, ForwardIterator last, const T& val, Compare comp)
{
    ForwardIterator it = std::lower_bound (first,last,val,comp);
    return std::make_pair ( it, std::upper_bound(it,last,val,comp) );
}

有关 lower_bound() 函数的功能和用法,可阅读《C++ lower_bound()函数》一节;有关 upper_bound() 函数的功能和用法,可阅读《C++ upper_bound()函数》一节。

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