正確區分不同的查詢演算法count,find,binary_search,lower_bound,upper_bound,equal_range本文是對Effective STL第45條的一個總結，闡述了各種查詢演算法的異同以及使用他們的時機。

首先可供查詢的演算法大致有count,find,binary_search,lower_bound,upper_bound,equal_range。帶有判別式的如count_if,find_if或者binary_search的派別式版本，其用法大致相同，不影響選擇，所以不作考慮。注意這些查詢演算法需要序列式容器，或者陣列。關聯容器有相應的同名成員函式except binary_search

首先,選擇查詢演算法時，區間是否排序是一個至關重要的因素。可以按是否需要排序區間分為兩組:
 A. count,find
 B. binary_search,lower_bound,upper_bound,equal_range
A組不需排序區間， B組需要排序區間。當一個區間被排序，優先選擇B組，因為他們提供對數時間的效率。而A則是線性時間。

另外A組B組所依賴的查詢判斷法則不同，A使用相等性法則(查詢物件需要定義operator==), B使用等價性法則(查詢物件需要定義operator<,必須在相等時返回false)。

A組的區別
count:計算物件區間中的數目。
find:

B組的區別 {1，3，4，5，6}
binary_search：判斷是否存在某個物件
lower_bound: 返回>=物件的第一個位置，lower_bound(2)=3, lower_bound(3)=3
 目標物件存在即為目標物件的位置,不存在則為後一個位置.
upper_bound: 返回>物件的第一個位置, upper_bound(2)=3,upper_bound(3)=4
 無論是否存在都為後一個位置

Section II binary search in STL    

如果在C++ STL容器中包含了有序的序列，STL提供了四個函式進行搜尋，他們是利用二分查詢實現的(Binary search).
其中：假定相同值的元素可能有多個
lower_bound 返回第一個符合條件的元素位置
upper_bound 返回最後一個符合條件的元素位置
equal_range 返回所有等於指定值的頭/尾元素的位置，其實就是lower_bound和upper_bound
binary_search 返回是否有需要查詢的元素。

Section II Effect STL #45

條款45：注意count、find、binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range的區別

你要尋找什麼，而且你有一個容器或者你有一個由迭代器劃分出來的區間——你要找的東西就在裡面。你要怎麼完成搜尋呢？你箭袋中的箭有這些：count、count_if、find、find_if、binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range。面對著它們，你要怎麼做出選擇？

簡單。你尋找的是能又快又簡單的東西。越快越簡單的越好。

暫時，我假設你有一對指定了搜尋區間的迭代器。然後，我會考慮到你有的是一個容器而不是一個區間的情況。

要選擇搜尋策略，必須依賴於你的迭代器是否定義了一個有序區間。如果是，你就可以通過binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range來加速（通常是對數時間——參見條款34）搜尋。如果迭代器並沒有劃分一個有序區間，你就只能用線性時間的演算法count、count_if、find和find_if。在下文中，我會忽略掉count和find是否有_if的不同，就像我會忽略掉binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range是否帶有判斷式的不同。你是依賴預設的搜尋謂詞還是指定一個自己的，對選擇搜尋演算法的考慮是一樣的。

如果你有一個無序區間，你的選擇是count或著find。它們分別可以回答略微不同的問題，所以值得仔細去區分它們。count回答的問題是：“是否存在這個值，如果有，那麼存在幾份拷貝？”而find回答的問題是：“是否存在，如果有，那麼它在哪兒？”

假設你想知道的東西是，是否有一個特定的Widget值w在list中。如果用count，程式碼看起來像這樣：

list<Widget> lw;   // Widget的listWidget w;    // 特定的Widget值...if (count(lw.begin(), lw.end(), w)) { ...   // w在lw中} else { ...   // 不在}

這裡示範了一種慣用法：把count用來作為是否存在的檢查。count返回零或者一個正數，所以我們把非零轉化為true而把零轉化為false。如果這樣能使我們要做的更加顯而易見：
if (count(lw.begin(), lw.end(), w) != 0) ...

而且有些程式設計師這樣寫，但是使用隱式轉換則更常見，就像最初的例子。

和最初的程式碼比較，使用find略微更難懂些，因為你必須檢查find的返回值和list的end迭代器是否相等：
if (find(lw.begin(), lw.end(), w) != lw.end()) {
 ...    // 找到了
} else {
 ...    // 沒找到
}

如果是為了檢查是否存在，count這個慣用法編碼起來比較簡單。但是，當搜尋成功時，它的效率比較低，因為當找到匹配的值後find就停止了，而count必須繼續搜尋，直到區間的結尾以尋找其他匹配的值。對大多數程式設計師來說，find在效率上的優勢足以證明略微增加複雜度是合適的。

通常，只知道區間內是否有某個值是不夠的。取而代之的是，你想獲得區間中的第一個等於該值的物件。比如，你可能想打印出這個物件，你可能想在它前面插入什麼，或者你可能想要刪除它（但當迭代時刪除的引導參見條款9）。當你需要知道的不止是某個值是否存在，而且要知道哪個物件（或哪些物件）擁有該值，你就得用find：
list<Widget>::iterator i = find(lw.begin(), lw.end(), w);
if (i != lw.end()) {
 ...    // 找到了，i指向第一個
} else {
 ...    // 沒有找到
}

對於有序區間，你有其他的選擇，而且你應該明確的使用它們。count和find是線性時間的，但有序區間的搜尋演算法（binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range）是對數時間的。

從無序區間遷移到有序區間導致了另一個遷移：從使用相等來判斷兩個值是否相同到使用等價來判斷。條款19由一個詳細地講述了相等和等價的區別，所以我在這裡不會重複。取而代之的是，我會簡單地說明count和find演算法都用相等來搜尋，而binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range則用等價。

要測試在有序區間中是否存在一個值，使用binary_search。不像標準C庫中的（因此也是標準C++庫中的）bsearch，binary_search只返回一個bool：這個值是否找到了。binary_search回答這個問題：“它在嗎？”它的回答只能是是或者否。如果你需要比這樣更多的資訊，你需要一個不同的演算法。

這裡有一個binary_search應用於有序vector的例子（你可以從條款23中知道有序vector的優點）：

span style="COLOR: #000000">vector<Widget> vw;   // 建立vector，放入...    // 資料，sort(vw.begin(), vw.end());  // 把資料排序
<="" span=""> align=top v:shapes="_x0000_i1035"> Widget w;    // 要找的值...if (binary_search(vw.begin(), vw.end(), w)) { ...   // w在vw中} else {
align=top v:shapes="_x0000_i1040">  ...   // 不在}

如果你有一個有序區間而且你的問題是：“它在嗎，如果是，那麼在哪兒？”你就需要equal_range，但你可能想要用lower_bound。我會很快討論equal_range，但首先，讓我們看看怎麼用lower_bound來在區間中定位某個值。

當你用lower_bound來尋找一個值的時候，它返回一個迭代器，這個迭代器指向這個值的第一個拷貝（如果找到的話）或者到可以插入這個值的位置（如果沒找到）。因此lower_bound回答這個問題：“它在嗎？如果是，第一個拷貝在哪裡？如果不是，它將在哪裡？”和find一樣，你必須測試lower_bound的結果，來看看它是否指向你要尋找的值。但又不像find，你不能只是檢測lower_bound的返回值是否等於end迭代器。取而代之的是，你必須檢測lower_bound所標示出的物件是不是你需要的值。

很多程式設計師這麼用lower_bound：

vector<Widget>::iterator i = lower_bound(vw.begin(), vw.end(), w);if (i != vw.end() && *i == w) { // 保證i指向一個物件；    // 也就保證了這個物件有正確的值。    // 這是個bug！="COLOR: #008000">//找到這個值，i指向    // 第一個等於該值的物件} else { ...   // 沒找到}

大部分情況下這是行得通的，但不是真的完全正確。再看一遍檢測需要的值是否找到的程式碼：
if (i != vw.end() && *i == w) ...

這是一個相等的測試，但lower_bound搜尋用的是等價。大部分情況下，等價測試和相等測試產生的結果相同，但就像條款19論證的，相等和等價的結果不同的情況並不難見到。在這種情況下，上面的程式碼就是錯的。

要完全完成，你就必須檢測lower_bound返回的迭代器指向的物件的值是否和你要尋找的值等價。你可以手動完成（條款19演示了你該怎麼做，當它值得一做時條款24提供了一個例子），但可以更狡猾地完成，因為你必須確認使用了和lower_bound使用的相同的比較函式。一般而言，那可以是一個任意的函式（或函式物件）。如果你傳遞一個比較函式給lower_bound，你必須確認和你的手寫的等價檢測程式碼使用了相同的比較函式。這意味著如果你改變了你傳遞給lower_bound的比較函式，你也得對你的等價檢測部分作出修改。保持比較函式同步不是火箭發射，但卻是另一個要記住的東西，而且我想你已經有很多需要你記的東西了。

這兒有一個簡單的方法：使用equal_range。equal_range返回一對迭代器，第一個等於lower_bound返回的迭代器，第二個等於upper_bound返回的（也就是，等價於要搜尋值區間的末迭代器的下一個）。因此，equal_range，返回了一對劃分出了和你要搜尋的值等價的區間的迭代器。一個名字很好的演算法，不是嗎？（當然，也許叫equivalent_range會更好，但叫equal_range也非常好。）

對於equal_range的返回值，有兩個重要的地方。第一，如果這兩個迭代器相同，就意味著物件的區間是空的；這個只沒有找到。這個結果是用equal_range來回答“它在嗎？”這個問題的答案。你可以這麼用：

vector<Widget> vw;...sort(vw.begin(), vw.end());typedef vector<Widget>::iterator VWIter; // 方便的typedeftypedef pair<VWIter, VWIter> VWIterPair;VWIterPair p = equal_range(vw.begin(), vw.end(), w);if (p.first != p.second) {   // 如果equal_range不返回     // 空的區間... ...    // 說明找到了，p.first指向     // 第一個而p.second     // 指向最後一個的下一個
<="" span=""> onclick="this.style.display=''none''; document.getElementByIdx_x(''_339_388_Open_Text'').style.display=''none''; document.getElementByIdx_x(''_339_388_Closed_Image'').style.display=''inline''; document.getElementByIdx_x(''_339_388_Closed_Text'').style.display=''inline'';" align=top v:shapes="_339_388_Open_Image"> } else {
<="" span=""> align=top v:shapes="_x0000_i1062">  ...    // 沒找到，p.first和     // p.second都指向搜尋值}   &

這段程式碼只用等價，所以總是正確的。

第二個要注意的是equal_range返回的東西是兩個迭代器，對它們作distance就等於區間中物件的數目，也就是，等價於要尋找的值的物件。結果，equal_range不光完成了搜尋有序區間的任務，而且完成了計數。比如說，要在vw中找到等價於w的Widget，然後打印出來有多少這樣的Widget存在，你可以這麼做：
VWIterPair p = equal_range(vw.begin(), vw.end(), w);
cout << "There are " << distance(p.first, p.second)
  << " elements in vw equivalent to w.";

到目前為止，我們所討論的都是假設我們要在一個區間內搜尋一個值，但是有時候我們更感興趣於在區間中尋找一個位置。比如，假設我們有一個Timestamp類和一個Timestamp的vector，它按照老的timestamp放在前面的方法排序：
class Timestamp { ... };
bool operator<(const Timestamp& lhs,  // 返回在時間上lhs
 const Timestamp& rhs);  // 是否在rhs前面
vector<Timestamp> vt;   // 建立vector，填充資料，
...     // 排序，使老的時間
sort(vt.begin(), vt.end());   // 在新的前面

現在假設我們有一個特殊的timestamp——ageLimit，而且我們從vt中刪除所有比ageLimit老的timestamp。在這種情況下，我們不需要在vt中搜索和ageLimit等價的Timestamp，因為可能不存在任何等價於這個精確值的元素。 取而代之的是，我們需要在vt中找到一個位置：第一個不比ageLimit更老的元素。這是再簡單不過的了，因為lower_bound會給我們答案的：
Timestamp ageLimit;
...
vt.erase(vt.begin(), lower_bound(vt.begin(), // 從vt中排除所有
 vt.end(),    // 排在ageLimit的值
 ageLimit));   // 前面的物件

如果我們的需求稍微改變了一點，我們要排除所有至少和ageLimit一樣老的timestamp，也就是我們需要找到第一個比ageLimit年輕的timestamp的位置。這是一個為upper_bound特製的任務：
vt.erase(vt.begin(), upper_bound(vt.begin(), // 從vt中除去所有
 vt.end(),    // 排在ageLimit的值前面
 ageLimit));   // 或者等價的物件

如果你要把東西插入一個有序區間，而且物件的插入位置是在有序的等價關係下它應該在的地方時，upper_bound也很有用。比如，你可能有一個有序的Person物件的list，物件按照name排序：
class Person {
public:
 ...
 const string& name() const;
 ...
};

struct PersonNameLess:
public binary_function<Person, Person, bool> { // 參見條款40
 bool operator()(const Person& lhs, const Person& rhs) const
 {
  return lhs.name() < rhs.name();
 }
};

list<Person> lp;
...
lp.sort(PersonNameLess());   // 使用PersonNameLess排序lp

要保持list仍然是我們希望的順序（按照name，插入後等價的名字仍然按順序排列），我們可以用upper_bound來指定插入位置：
Person newPerson;
...
lp.insert(upper_bound(lp.begin(),  // 在lp中排在newPerson
 lp.end(),    // 之前或者等價
 newPerson,   // 的最後一個
 PersonNameLess()),   // 物件後面
 newPerson);   // 插入newPerson

這工作的很好而且很方便，但很重要的是不要被誤導——錯誤地認為upper_bound的這種用法讓我們魔術般地在一個list裡在對數時間內找到了插入位置。我們並沒有——條款34解釋了因為我們用了list，查詢花費線性時間，但是它只用了對數次的比較。

一直到這裡，我都只考慮我們有一對定義了搜尋區間的迭代器的情況。通常我們有一個容器，而不是一個區間。在這種情況下，我們必須區別序列和關聯容器。對於標準的序列容器（vector、string、deque和list），你應該遵循我在本條款提出的建議，使用容器的begin和end迭代器來劃分出區間。

這種情況對標準關聯容器（set、multiset、map和multimap）來說是不同的，因為它們提供了搜尋的成員函式，它們往往是比用STL演算法更好的選擇。條款44詳細說明了為什麼它們是更好的選擇，簡要地說，是因為它們更快行為更自然。幸運的是，成員函式通常和相應的演算法有同樣的名字，所以前面的討論推薦你使用的演算法count、find、equal_range、lower_bound或upper_bound，在搜尋關聯容器時你都可以簡單的用同名的成員函式來代替。

呼叫binary_search的策略不同，因為這個演算法沒有提供對應的成員函式。要測試在set或map中是否存在某個值，使用count的慣用方法來對成員進行檢測：
set<Widget> s;  // 建立set，放入資料
...
Widget w;   // w仍然是儲存要搜尋的值
...
if (s.count(w)) {
 ...  // 存在和w等價的值
} else {
 ...  // 不存在這樣的值
}

要測試某個值在multiset或multimap中是否存在，find往往比count好，因為一旦找到等於期望值的單個物件，find就可以停下了，而count，在最遭的情況下，必須檢測容器裡的每一個物件。（對於set和map，這不是問題，因為set不允許重複的值，而map不允許重複的鍵。）

但是，count給關聯容器計數是可靠的。特別，它比呼叫equal_range然後應用distance到結果迭代器更好。首先，它更清晰：count 意味著“計數”。第二，它更簡單；不用建立一對迭代器然後把它的組成（譯註：就是first和second）傳給distance。第三，它可能更快一點。

要給出所有我們在本條款中所考慮到的，我們的從哪兒著手？下面的表格道出了一切。

上表總結了要怎麼操作有序區間，equal_range的出現頻率可能令人吃驚。當搜尋時，這個頻率因為等價檢測的重要性而上升了。對於lower_bound和upper_bound，它很容易在相等檢測中退卻，但對於equal_range，只檢測等價是很自然的。在第二行有序區間，equal_range打敗了find還因為一個理由：equal_range花費對數時間，而find花費線性時間。

對於multiset和multimap，當你在搜尋第一個等於特定值的物件的那一行，這個表列出了find和lower_bound兩個演算法作為候選。 已對於這個任務find是通常的選擇，而且你可能已經注意到在set和map那一列裡，這項只有find。但是對於multi容器，如果不只有一個值存在，find並不保證能識別出容器裡的等於給定值的第一個元素；它只識別這些元素中的一個。如果你真的需要找到等於給定值的第一個元素，你應該使用lower_bound，而且你必須手動的對第二部分做等價檢測，條款19的內容可以幫你確認你已經找到了你要找的值。（你可以用equal_range來避免作手動等價檢測，但是呼叫equal_range的花費比呼叫lower_bound多得多。）

在count、find、binary_search、lower_bound、upper_bound和equal_range中做出選擇很簡單。當你呼叫時，選擇演算法還是成員函式可以給你需要的行為和效能，而且是最少的工作。按照這個建議做（或參考那個表格），你就不會再有困惑。