STL之std::set、std::map的lower_bound和upper_bound函数使用说明

由于在使用std::map时感觉lower_bound和upper_bound函数了解不多，这里整理并记录下相关用法及功能。

STL的map、multimap、set、multiset都有三个比较特殊的函数，lower_bound、upper_bound、equal_range。

原型如下： 

iterator lower_bound (const value_type& val) const;

iterator upper_bound (const value_type& val) const;

pair<iterator,iterator> equal_range (const value_type& val) const;

 上面三个函数是相关联的，equal_range返回两个迭代器，第一个迭代器是lower_bound的返回值，第二个迭代器是upper_bound的返回值。（注意是使用相同val值调用的情况下。）

从msdn及c++标准来看，lower_bound、upper_bound两个函数用于记录允许元素重复出现的数据集中给定关键字val在当前集合中区间范围。

对诸如set、map这种关键字唯一的集合而言，lower_bound、upper_bound返回迭代器是相同，关键字val在集合中不存在，二者返回结果一样，都是按照集合实例化时给定的Compare比较，不在val之前的第一个元素（亦即之后或者等于，如果按照默认的比较类型less，函数返回的是≥val的最小的元素）；如果关键在val在集合中存在，lower_bound返回val关键字本身的迭代器，upper_bound返回关键字val下一个元素迭代器。

对multiset、multimap这类关键字不唯一的集合而言。按照关键字后面一个关键字在集合中出现的次数可分为：关键字val出现在集合中，但是是唯一的，这种情况和set、map情况类似；关键字val出现在集合中，出现多次，这种情况下lower_bound返回第一个出现关键字val对应的迭代器，upper_bound返回位于关键字val对应位置后第一个不是val的位置的迭代器；关键字val不在集合中，这种情况下与set、map一致。

综合一下（按照默认集合升序排序的情况下），lower_bound、upper_bound函数不管在什么情况下，以下条件均成立。

Iterator(val) ≤ Iterator(lower_bound)≤Iterator(upper_bound)

也就是lower_bound、upper_bound构成的上下限的区间总是表示一个有效的迭代器区间（equal_range返回值），该迭代区间的长度表示关键字val在集合中出现的次数。

如果二者返回值相等，表示关键字val在集合中未出现。（例外情况，集合中的所有元素均≥关键字val，返回集合的iterator::end）

如果迭代器区间长度是1，表示关键字val在集合中仅出现1次。

迭代器区间长度大于1，则表示关键字val出现多次，并且一定不是set和map这种关键字唯一的集合。

示例代码：

// g++ -o setLowerUpperBoundTest setLowerUpperBoundTest.cpp

#include <set>
#include <iostream>

using namespace std ;

typedef set<int> SET_INT;

int main() 
{
  SET_INT s1;
  SET_INT::iterator i;
  cout << "s1.insert(5)" << endl;
  s1.insert(5);
  cout << "s1.insert(10)" << endl;
  s1.insert(10);
  cout << "s1.insert(15)" << endl;
  s1.insert(15);
  cout << "s1.insert(20)" << endl;
  s1.insert(20);
  cout << "s1.insert(25)" << endl;
  s1.insert(25);

  cout << "s1 -- starting at s1.lower_bound(12)" << endl;
// prints: 15,20,25
  for (i=s1.lower_bound(12);i!=s1.end();i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;

  cout << "s1 -- starting at s1.lower_bound(15)" << endl;
// prints: 15,20,25
  for (i=s1.lower_bound(15);i!=s1.end();i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;

  cout << "s1 -- starting at s1.upper_bound(12)" << endl;
// prints: 15,20,25
  for (i=s1.upper_bound(12);i!=s1.end();i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;

  cout << "s1 -- starting at s1.upper_bound(15)" << endl;
// prints: 20,25
  for (i=s1.upper_bound(15);i!=s1.end();i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;

  cout << "s1 -- s1.equal_range(12)" << endl;
// does not print anything
  for (i=s1.equal_range(12).first;i!=s1.equal_range(12).second;i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;

  cout << "s1 -- s1.equal_range(15)" << endl;
// prints: 15
  for (i=s1.equal_range(15).first;i!=s1.equal_range(15).second;i++)
     cout << "s1 has " << *i << " in its set." << endl;
}
/* Output in windows
s1.insert(5)
s1.insert(10)
s1.insert(15)
s1.insert(20)
s1.insert(25)
s1 -- starting at s1.lower_bound(12)
s1 has 15 in its set.
s1 has 20 in its set.
s1 has 25 in its set.
s1 -- starting at s1.lower_bound(15)
s1 has 15 in its set.
s1 has 20 in its set.
s1 has 25 in its set.
s1 -- starting at s1.upper_bound(12)
s1 has 15 in its set.
s1 has 20 in its set.
s1 has 25 in its set.
s1 -- starting at s1.upper_bound(15)
s1 has 20 in its set.
s1 has 25 in its set.
s1 -- s1.equal_range(12)
s1 -- s1.equal_range(15)
s1 has 15 in its set.
*/

上述代码正好验证并说明了lower_bound、upper_bound、equal_range三个函数的功能的功能，以及本文中的解释。