《剑指offer》第五十三题（数字在排序数组中出现的次数）

// 面试题53（一）：数字在排序数组中出现的次数
// 题目：统计一个数字在排序数组中出现的次数。例如输入排序数组{1, 2, 3, 3,
// 3, 3, 4, 5}和数字3，由于3在这个数组中出现了4次，因此输出4。

#include <iostream>

int GetFirstK(const int* data, int length, int k, int start, int end);
int GetLastK(const int* data, int length, int k, int start, int end);

int GetNumberOfK(const int* data, int length, int k)
{
    int number = 0;

    if (data != nullptr && length > 0)
    {
        int first = GetFirstK(data, length, k, 0, length - 1);//得到第一个k的位置
        int last = GetLastK(data, length, k, 0, length - 1);//得到最后第一个k的位置

        if (first > -1 && last > -1)
            number = last - first + 1;//因为是排序好的，所以直接求其中个数
    }

    return number;
}

// 找到数组中第一个k的下标。如果数组中不存在k，返回-1
int GetFirstK(const int* data, int length, int k, int start, int end)
{
    if (start > end)//没找到第一个k，返回-1
        return -1;

    int middleIndex = (start + end) / 2;
    int middleData = data[middleIndex];//受启发于二分查找

    if (middleData == k)//第一种情况，中间值等于k
    {
        if ((middleIndex > 0 && data[middleIndex - 1] != k)//如果中间值左边的值不是k，或者中间值是数组的开头，则它就是第一个k
            || middleIndex == 0)
            return middleIndex;
        else
            end = middleIndex - 1;
    }
    else if (middleData > k)
        end = middleIndex - 1;
    else
        start = middleIndex + 1;

    return GetFirstK(data, length, k, start, end);
}

// 找到数组中最后一个k的下标。如果数组中不存在k，返回-1
int GetLastK(const int* data, int length, int k, int start, int end)
{
    if (start > end)
        return -1;

    int middleIndex = (start + end) / 2;
    int middleData = data[middleIndex];

    if (middleData == k)
    {
        if ((middleIndex < length - 1 && data[middleIndex + 1] != k)
            || middleIndex == length - 1)
            return middleIndex;
        else
            start = middleIndex + 1;
    }
    else if (middleData < k)
        start = middleIndex + 1;
    else
        end = middleIndex - 1;

    return GetLastK(data, length, k, start, end);
}

// ====================测试代码====================
void Test(const char* testName, int data[], int length, int k, int expected)
{
    if (testName != nullptr)
        printf("%s begins: ", testName);

    int result = GetNumberOfK(data, length, k);
    if (result == expected)
        printf("Passed.\n");
    else
        printf("Failed.\n");
}

// 查找的数字出现在数组的中间
void Test1()
{
    int data[] = { 1, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 5 };
    Test("Test1", data, sizeof(data) / sizeof(int), 3, 4);
}

// 查找的数组出现在数组的开头
void Test2()
{
    int data[] = { 3, 3, 3, 3, 4, 5 };
    Test("Test2", data, sizeof(data) / sizeof(int), 3, 4);
}

// 查找的数组出现在数组的结尾
void Test3()
{
    int data[] = { 1, 2, 3, 3, 3, 3 };
    Test("Test3", data, sizeof(data) / sizeof(int), 3, 4);
}

// 查找的数字不存在
void Test4()
{
    int data[] = { 1, 3, 3, 3, 3, 4, 5 };
    Test("Test4", data, sizeof(data) / sizeof(int), 2, 0);
}

// 查找的数字比第一个数字还小，不存在
void Test5()
{
    int data[] = { 1, 3, 3, 3, 3, 4, 5 };
    Test("Test5", data, sizeof(data) / sizeof(int), 0, 0);
}

// 查找的数字比最后一个数字还大，不存在
void Test6()
{
    int data[] = { 1, 3, 3, 3, 3, 4, 5 };
    Test("Test6", data, sizeof(data) / sizeof(int), 6, 0);
}

// 数组中的数字从头到尾都是查找的数字
void Test7()
{
    int data[] = { 3, 3, 3, 3 };
    Test("Test7", data, sizeof(data) / sizeof(int), 3, 4);
}

// 数组中的数字从头到尾只有一个重复的数字，不是查找的数字
void Test8()
{
    int data[] = { 3, 3, 3, 3 };
    Test("Test8", data, sizeof(data) / sizeof(int), 4, 0);
}

// 数组中只有一个数字，是查找的数字
void Test9()
{
    int data[] = { 3 };
    Test("Test9", data, sizeof(data) / sizeof(int), 3, 1);
}

// 数组中只有一个数字，不是查找的数字
void Test10()
{
    int data[] = { 3 };
    Test("Test10", data, sizeof(data) / sizeof(int), 4, 0);
}

// 鲁棒性测试，数组空指针
void Test11()
{
    Test("Test11", nullptr, 0, 0, 0);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    Test1();
    Test2();
    Test3();
    Test4();
    Test5();
    Test6();
    Test7();
    Test8();
    Test9();
    Test10();
    Test11();
    system("pause");
    return 0;
}