怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本

使用指针实现二分查找的核心目的是为了更直观地操作内存地址,深入理解底层机制。1. 指针允许直接操作内存地址,有助于理解内存布局和访问方式;2. 更符合c++/c++语言特性,数组名本质上是指针;3. 通过指针算术可减少因下标计算错误导致的bug;4. 性能上与索引版本差异不大,现代编译器优化后两者效率接近;5. 使用时需注意避免空指针、指针越界、类型不匹配等陷阱;6. 最佳实践包括边界检查、明确指针语义、测试极端情况及保持代码可读性

怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本

用指针来实现数组的快速查找,本质上就是利用二分查找的逻辑,但将操作对象从数组下标直接转向内存地址。这听起来可能有点“炫技”,但确实能让你更直接地感受数据在内存中是如何被访问和处理的,尤其是在C/C++这类语言里,它提供了一种更贴近硬件的视角。

怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本

#include  // For NULL// 假设我们有一个已排序的整数数组// target是要查找的值// arr是数组的起始地址// size是数组的元素个数int* find_with_pointer_binary_search(int* arr, size_t size, int target) {    if (arr == NULL || size == 0) {        return NULL; // 空数组或无效指针,直接返回    }    int* low = arr;    int* high = arr + size - 1; // 指向最后一个元素的地址    while (low <= high) {        // 计算中间元素的地址。这里需要注意,直接 (low + high) / 2 是错误的,        // 因为指针不能直接相加再除。我们计算的是偏移量。        // (high - low) 得到的是两个指针之间的元素个数(或字节数,取决于指针类型)。        // 除以2后,再加到low上,得到中间元素的地址。        int* mid = low + (high - low) / 2;        if (*mid == target) {            return mid; // 找到了,返回该元素的地址        } else if (*mid  target            high = mid - 1; // 目标值在左半部分,将high移到mid的前一个位置        }    }    return NULL; // 没有找到}/*// 示例用法#include int main() {    int sorted_array[] = {10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100};    size_t array_size = sizeof(sorted_array) / sizeof(sorted_array[0]);    int target1 = 50;    int* result1 = find_with_pointer_binary_search(sorted_array, array_size, target1);    if (result1 != NULL) {        printf("Found %d at address %p, value: %dn", target1, (void*)result1, *result1);    } else {        printf("%d not found.n", target1);    }    int target2 = 35;    int* result2 = find_with_pointer_binary_search(sorted_array, array_size, target2);    if (result2 != NULL) {        printf("Found %d at address %p, value: %dn", target2, (void*)result2, *result2);    } else {        printf("%d not found.n", target2);    }    int target3 = 100;    int* result3 = find_with_pointer_binary_search(sorted_array, array_size, target3);    if (result3 != NULL) {        printf("Found %d at address %p, value: %dn", target3, (void*)result3, *result3);    } else {        printf("%d not found.n", target3);    }    int target4 = 10;    int* result4 = find_with_pointer_binary_search(sorted_array, array_size, target4);    if (result4 != NULL) {        printf("Found %d at address %p, value: %dn", target4, (void*)result4, *result4);    } else {        printf("%d not found.n", target4);    }    return 0;}*/

为什么在二分查找中选择使用指针?

这其实是个很有意思的问题,因为在大多数情况下,用数组下标来实现二分查找,代码可能会更直观,也更不容易出错。那么,为什么还要用指针呢?我觉得,这更多是一种对底层机制的探索和理解。

怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本

从纯粹的性能角度看,现代编译器对下标访问和指针访问的优化能力都非常强,很多时候它们最终生成的机器码是高度相似的。也就是说,你可能很难在实际运行中,通过这种“指针优化”看到显著的速度提升。真正的价值在于:

直观的内存操作:当你使用指针时,你是在直接操作内存地址。

arr + i

实际上是告诉编译器“从

arr

指向的地址开始,跳过

i

个元素的大小,找到那个新地址”。这种思维方式对于理解内存布局、缓存局部性等概念非常有帮助。C/C++的语言特性:在C/C++中,数组名本身就可以被视为一个指向其首元素的常量指针。所以,用指针来遍历或查找数组,某种程度上更符合语言的“哲学”。避免下标越界:虽然指针操作本身也有越界的风险,但正确使用指针算术,比如

low + (high - low) / 2

这种方式,可以更清晰地表达你正在计算一个相对偏移量,而不是一个绝对的索引值,这在某些复杂场景下可能有助于减少因下标计算错误导致的bug。当然,这并不是说下标就一定容易错,只是换了一种思考方式。

我个人觉得,这更像是一种“手艺活”,让你能更细致地感受数据在内存中的流动。

怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本

指针版与索引版二分查找:性能差异与实际考量

关于性能,我得说实话,对于大多数应用场景和现代硬件来说,指针版的二分查找和基于索引(下标)的版本,在性能上几乎没有可感知的差异。这背后有几个原因:

编译器优化:现代C/C++编译器非常智能,它们会把你的数组下标操作(例如

arr[mid]

)优化成与指针操作(例如

*(arr + mid)

)几乎等价的机器指令。它们知道你最终都是在访问一个内存地址。CPU缓存:二分查找的效率主要来源于其对数级的复杂度,以及它能很好地利用CPU缓存的局部性原理。无论你用指针还是索引,只要访问模式是连续的、可预测的,CPU都能很好地预取数据。内存访问模式:指针和索引最终都归结为内存地址的计算。在二分查找中,我们跳跃式地访问数组元素,这本身就意味着不是完全线性的访问。每次计算

mid

对应的地址,无论是指针加减还是索引乘法,开销都非常小,远小于实际从内存中读取数据的时间。

所以,如果你是为了追求极致的性能,把希望寄托在“指针优化”上,那可能要失望了。真正的优化点往往在算法选择(比如,确定二分查找是最佳选择)、数据结构设计(数组是否适合)、以及如何避免不必要的内存访问等方面。

我倒是觉得,有时候指针版本在某些特定场景下,比如处理大内存块、或者当你已经有了指向某个数据块的指针而不是数组名时,可以显得更自然一些,少了一层“索引到指针”的转换。但这更多是代码风格和上下文的考量,而非普适的性能银弹。

使用指针进行查找的常见陷阱与最佳实践

用指针来玩转数组查找,确实能让你感受到C/C++的强大,但同时也要小心一些“坑”。

空指针或无效指针:这是最常见的问题。如果传入的

arr

NULL

,或者它指向的内存已经被释放、不再有效,那么任何解引用操作(

*mid

)都会导致程序崩溃(段错误)。我的代码里加了

if (arr == NULL || size == 0)

的检查,这是个好习惯。指针越界:尽管二分查找的逻辑本身会限制指针在

[low, high]

范围内移动,但如果你在计算

mid

或者更新

low/high

时稍有不慎,比如

high = mid

而不是

high = mid - 1

,就可能导致死循环或者指针越界访问到数组外部。特别是

high = arr + size - 1

这一步,如果

size

0

size - 1

可能会导致负数,进而导致

arr - 1

这种非法地址,所以

size == 0

的检查非常重要。指针类型不匹配:如果你查找的是

int

数组,但指针是

char*

类型,那么指针算术就会出错。

char* + 1

只会前进1个字节,而

int* + 1

会前进4个字节(假设int是4字节)。确保指针类型与数组元素类型一致。未排序数组:二分查找的前提是数组必须是已排序的。如果你对一个未排序的数组使用二分查找,无论是指针版还是索引版,结果都是不可预测的。整数溢出(在计算mid时):虽然我的代码中

int* mid = low + (high - low) / 2;

这种写法可以有效避免

(low + high) / 2

low

high

都非常大时可能出现的整数溢出问题(当

low

high

是索引时更常见,但指针相减得到的是

ptrdiff_t

类型,再除以2,通常不会溢出)。不过,时刻保持这种警惕性是好的。

最佳实践方面:

边界条件检查:永远在函数入口处检查传入的指针是否为

NULL

,数组大小是否为

0

明确指针语义:清楚

low

high

指向的是什么。在我的实现里,

low

high

都指向数组内的有效元素。测试极端情况:空数组、单元素数组、目标在数组开头、目标在数组结尾、目标不存在等。代码清晰可读:虽然我们用指针,但代码逻辑依然要清晰,避免过度“炫技”导致难以理解和维护。

总的来说,指针在C/C++中是把双刃剑。它提供了强大的底层控制能力,但也带来了更多的责任。理解其工作原理,并遵循一些最佳实践,能让你更安全、更有效地利用它。

以上就是怎样用指针实现数组的快速查找 二分查找的指针优化版本的详细内容,更多请关注创想鸟其它相关文章!

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。
如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 chuangxiangniao@163.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。
发布者:程序猿,转转请注明出处:https://www.chuangxiangniao.com/p/1472301.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2025年12月18日 19:30:17
下一篇 2025年12月18日 19:30:30

相关推荐

  • CSS mask属性无法获取图片:为什么我的图片不见了?

    CSS mask属性无法获取图片 在使用CSS mask属性时,可能会遇到无法获取指定照片的情况。这个问题通常表现为: 网络面板中没有请求图片:尽管CSS代码中指定了图片地址,但网络面板中却找不到图片的请求记录。 问题原因: 此问题的可能原因是浏览器的兼容性问题。某些较旧版本的浏览器可能不支持CSS…

    2025年12月24日
    900
  • Uniapp 中如何不拉伸不裁剪地展示图片?

    灵活展示图片:如何不拉伸不裁剪 在界面设计中,常常需要以原尺寸展示用户上传的图片。本文将介绍一种在 uniapp 框架中实现该功能的简单方法。 对于不同尺寸的图片,可以采用以下处理方式: 极端宽高比:撑满屏幕宽度或高度,再等比缩放居中。非极端宽高比:居中显示,若能撑满则撑满。 然而,如果需要不拉伸不…

    2025年12月24日
    400
  • 如何让小说网站控制台显示乱码,同时网页内容正常显示?

    如何在不影响用户界面的情况下实现控制台乱码? 当在小说网站上下载小说时,大家可能会遇到一个问题:网站上的文本在网页内正常显示,但是在控制台中却是乱码。如何实现此类操作,从而在不影响用户界面(UI)的情况下保持控制台乱码呢? 答案在于使用自定义字体。网站可以通过在服务器端配置自定义字体,并通过在客户端…

    2025年12月24日
    800
  • 如何在地图上轻松创建气泡信息框?

    地图上气泡信息框的巧妙生成 地图上气泡信息框是一种常用的交互功能,它简便易用,能够为用户提供额外信息。本文将探讨如何借助地图库的功能轻松创建这一功能。 利用地图库的原生功能 大多数地图库,如高德地图,都提供了现成的信息窗体和右键菜单功能。这些功能可以通过以下途径实现: 高德地图 JS API 参考文…

    2025年12月24日
    400
  • 如何使用 scroll-behavior 属性实现元素scrollLeft变化时的平滑动画?

    如何实现元素scrollleft变化时的平滑动画效果? 在许多网页应用中,滚动容器的水平滚动条(scrollleft)需要频繁使用。为了让滚动动作更加自然,你希望给scrollleft的变化添加动画效果。 解决方案:scroll-behavior 属性 要实现scrollleft变化时的平滑动画效果…

    2025年12月24日
    000
  • 如何为滚动元素添加平滑过渡,使滚动条滑动时更自然流畅?

    给滚动元素平滑过渡 如何在滚动条属性(scrollleft)发生改变时为元素添加平滑的过渡效果? 解决方案:scroll-behavior 属性 为滚动容器设置 scroll-behavior 属性可以实现平滑滚动。 html 代码: click the button to slide right!…

    2025年12月24日
    500
  • 为什么设置 `overflow: hidden` 会导致 `inline-block` 元素错位?

    overflow 导致 inline-block 元素错位解析 当多个 inline-block 元素并列排列时,可能会出现错位显示的问题。这通常是由于其中一个元素设置了 overflow 属性引起的。 问题现象 在不设置 overflow 属性时,元素按预期显示在同一水平线上: 不设置 overf…

    2025年12月24日 好文分享
    400
  • 网页使用本地字体:为什么 CSS 代码中明明指定了“荆南麦圆体”,页面却仍然显示“微软雅黑”?

    网页中使用本地字体 本文将解答如何将本地安装字体应用到网页中,避免使用 src 属性直接引入字体文件。 问题: 想要在网页上使用已安装的“荆南麦圆体”字体,但 css 代码中将其置于第一位的“font-family”属性,页面仍显示“微软雅黑”字体。 立即学习“前端免费学习笔记(深入)”; 答案: …

    2025年12月24日
    000
  • 如何选择元素个数不固定的指定类名子元素?

    灵活选择元素个数不固定的指定类名子元素 在网页布局中,有时需要选择特定类名的子元素,但这些元素的数量并不固定。例如,下面这段 html 代码中,activebar 和 item 元素的数量均不固定: *n *n 如果需要选择第一个 item元素,可以使用 css 选择器 :nth-child()。该…

    2025年12月24日
    200
  • 使用 SVG 如何实现自定义宽度、间距和半径的虚线边框?

    使用 svg 实现自定义虚线边框 如何实现一个具有自定义宽度、间距和半径的虚线边框是一个常见的前端开发问题。传统的解决方案通常涉及使用 border-image 引入切片图片,但是这种方法存在引入外部资源、性能低下的缺点。 为了避免上述问题,可以使用 svg(可缩放矢量图形)来创建纯代码实现。一种方…

    2025年12月24日
    100
  • 如何让“元素跟随文本高度,而不是撑高父容器?

    如何让 元素跟随文本高度,而不是撑高父容器 在页面布局中,经常遇到父容器高度被子元素撑开的问题。在图例所示的案例中,父容器被较高的图片撑开,而文本的高度没有被考虑。本问答将提供纯css解决方案,让图片跟随文本高度,确保父容器的高度不会被图片影响。 解决方法 为了解决这个问题,需要将图片从文档流中脱离…

    2025年12月24日
    000
  • 为什么我的特定 DIV 在 Edge 浏览器中无法显示?

    特定 DIV 无法显示:用户代理样式表的困扰 当你在 Edge 浏览器中打开项目中的某个 div 时,却发现它无法正常显示,仔细检查样式后,发现是由用户代理样式表中的 display none 引起的。但你疑问的是,为什么会出现这样的样式表,而且只针对特定的 div? 背后的原因 用户代理样式表是由…

    2025年12月24日
    200
  • inline-block元素错位了,是为什么?

    inline-block元素错位背后的原因 inline-block元素是一种特殊类型的块级元素,它可以与其他元素行内排列。但是,在某些情况下,inline-block元素可能会出现错位显示的问题。 错位的原因 当inline-block元素设置了overflow:hidden属性时,它会影响元素的…

    2025年12月24日
    000
  • 为什么 CSS mask 属性未请求指定图片?

    解决 css mask 属性未请求图片的问题 在使用 css mask 属性时,指定了图片地址,但网络面板显示未请求获取该图片,这可能是由于浏览器兼容性问题造成的。 问题 如下代码所示: 立即学习“前端免费学习笔记(深入)”; icon [data-icon=”cloud”] { –icon-cl…

    2025年12月24日
    200
  • 为什么使用 inline-block 元素时会错位?

    inline-block 元素错位成因剖析 在使用 inline-block 元素时,可能会遇到它们错位显示的问题。如代码 demo 所示,当设置了 overflow 属性时,a 标签就会错位下沉,而未设置时却不会。 问题根源: overflow:hidden 属性影响了 inline-block …

    2025年12月24日
    000
  • 如何利用 CSS 选中激活标签并影响相邻元素的样式?

    如何利用 css 选中激活标签并影响相邻元素? 为了实现激活标签影响相邻元素的样式需求,可以通过 :has 选择器来实现。以下是如何具体操作: 对于激活标签相邻后的元素,可以在 css 中使用以下代码进行设置: li:has(+li.active) { border-radius: 0 0 10px…

    2025年12月24日
    100
  • 为什么我的 CSS 元素放大效果无法正常生效?

    css 设置元素放大效果的疑问解答 原提问者在尝试给元素添加 10em 字体大小和过渡效果后,未能在进入页面时看到放大效果。探究发现,原提问者将 CSS 代码直接写在页面中,导致放大效果无法触发。 解决办法如下: 将 CSS 样式写在一个单独的文件中,并使用 标签引入该样式文件。这个操作与原提问者观…

    2025年12月24日
    000
  • 如何模拟Windows 10 设置界面中的鼠标悬浮放大效果?

    win10设置界面的鼠标移动显示周边的样式(探照灯效果)的实现方式 在windows设置界面的鼠标悬浮效果中,光标周围会显示一个放大区域。在前端开发中,可以通过多种方式实现类似的效果。 使用css 使用css的transform和box-shadow属性。通过将transform: scale(1.…

    2025年12月24日
    200
  • 为什么我的 em 和 transition 设置后元素没有放大?

    元素设置 em 和 transition 后不放大 一个 youtube 视频中展示了设置 em 和 transition 的元素在页面加载后会放大,但同样的代码在提问者电脑上没有达到预期效果。 可能原因: 问题在于 css 代码的位置。在视频中,css 被放置在单独的文件中并通过 link 标签引…

    2025年12月24日
    100
  • 为什么我的 Safari 自定义样式表在百度页面上失效了?

    为什么在 Safari 中自定义样式表未能正常工作? 在 Safari 的偏好设置中设置自定义样式表后,您对其进行测试却发现效果不同。在您自己的网页中,样式有效,而在百度页面中却失效。 造成这种情况的原因是,第一个访问的项目使用了文件协议,可以访问本地目录中的图片文件。而第二个访问的百度使用了 ht…

    2025年12月24日
    000

发表回复

登录后才能评论
关注微信