QMap upperBoundの代替手段を比較！Qt開発での選択肢

2025-05-31

もう少し詳しく解説します。

QMap とは

まず、QMap は Qt フレームワークで提供される、キーと値のペアを格納する連想コンテナです。キーはソートされた順序で内部に保持されており、高速なキーによる検索が可能です。

upperBound() の役割

upperBound() 関数は、ソートされている QMap の特性を利用して、特定の値よりも大きい最初の要素の位置を効率的に見つけ出すために使用されます。これは、以下のような場合に役立ちます。

特定の範囲の要素を効率的に処理するアルゴリズムを実装する場合。
あるキーよりも大きいキーを持つ最初の要素にアクセスしたい場合。

戻り値

upperBound() 関数は、QMap<Key, T>::iterator 型のイテレータを返します。このイテレータは、指定された key よりも大きい最初の要素を指しています。もしそのような要素が存在しない場合、返されるイテレータは QMap の末尾（QMap::end() が返すイテレータ）と等しくなります。

例

具体的な例を見てみましょう。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(3, "three");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(7, "seven");

    // キー 3 より大きい最初の要素を見つける
    QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(3);
    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キーが 3 より大きい最初の要素:" << it.key() << ":" << it.value(); // 出力: キーが 3 より大きい最初の要素: 5 : five
    } else {
        qDebug() << "キー 3 より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    // キー 7 より大きい要素を探す
    it = map.upperBound(7);
    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キーが 7 より大きい最初の要素:" << it.key() << ":" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "キー 7 より大きい要素は見つかりませんでした。"; // こちらが出力される
    }

    return a.exec();
}

この例では、map.upperBound(3) はキーが 3 より大きい最初の要素（キーが 5 の要素）を指すイテレータを返します。一方、map.upperBound(7) はキーが 7 より大きい要素が存在しないため、map.end() と等しいイテレータを返します。

upperBound() の戻り値に対する誤った扱い

トラブルシューティング
upperBound() の戻り値を使用する前に、必ずそれが QMap::end() と等しくないことを確認してください。

QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(key);
if (it != map.end()) {
    // 安全に要素にアクセス
    qDebug() << "次の要素のキー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
} else {
    qDebug() << "指定されたキーより大きい要素は見つかりませんでした。";
}

原因
指定したキーよりも大きい要素が QMap 内に存在しない場合、upperBound() は QMap::end() を返します。この end() イテレータは有効な要素を指していないため、間接参照（*it や it.key(), it.value() など）を行うと、プログラムがクラッシュしたり、未定義の動作を引き起こしたりする可能性があります。
エラー
返り値が QMap::end() であるかどうかを確認せずに、イテレータが指す要素にアクセスしようとする。

キーの型の不一致

トラブルシューティング
QMap の宣言と upperBound() の呼び出しで、キーの型が完全に一致していることを確認してください。必要に応じて、型変換を行う必要があります。

QMap<int, QString> map;
// ...

// エラー例：キーの型が異なる
// QString searchKey = "3";
// QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(searchKey); // コンパイルエラー

// 正しい例：キーの型を合わせる
int searchKey = 3;
QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(searchKey);

原因
QMap のテンプレート引数で指定したキーの型（<Key, T> の Key）と、upperBound() 関数の引数として渡す変数の型が異なる場合、コンパイルエラーが発生します。
エラー
QMap のキーの型と upperBound() に渡すキーの型が一致しない。

QMap が空の場合

トラブルシューティング
QMap が空である可能性を考慮し、必要に応じて特別な処理を追加してください。

QMap<int, QString> map;
// map は空

QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(5);
if (it == map.end()) {
    qDebug() << "QMap は空、または指定されたキーより大きい要素はありません。";
}

結果
空の QMap では、どのようなキーを指定しても、upperBound() は常に QMap::end() を返します。これは仕様通りの動作ですが、空の場合の処理を考慮していないと、後続の処理で予期せぬ動作を引き起こす可能性があります。
シナリオ
QMap が空の状態で upperBound() を呼び出す。

イテレータの有効範囲

トラブルシューティング
QMap の内容を変更する操作を行った後は、必要に応じてイテレータを再度取得するようにしてください。
原因
QMap の構造が変更されると、以前に取得したイテレータが無効になる可能性があります。無効なイテレータを使用すると、プログラムがクラッシュしたり、予期しない動作をしたりします。
シナリオ
upperBound() で取得したイテレータが、その後に QMap に対して要素の挿入や削除などの変更操作を行った後に使用される。

const な QMap での iterator の使用

トラブルシューティング
const な QMap に対しては、QMap::const_iterator を使用し、要素の値を変更しない操作のみを行うようにしてください。upperBound() の const バージョン (QMap::const_iterator QMap::upperBound(const Key &key) const) を使用すると、QMap::const_iterator が返ります。

const QMap<int, QString> constMap = {{1, "one"}, {3, "three"}};
QMap<int, QString>::const_iterator constIt = constMap.upperBound(2);
if (constIt != constMap.constEnd()) {
    qDebug() << "次の要素 (const):" << constIt.key() << ":" << constIt.value();
    // constIt.value() = "new value"; // エラー：const イテレータのため値の変更はできない
}

原因
const なオブジェクトに対する操作は、そのオブジェクトの状態を変更しないものである必要があります。QMap::iterator は要素の値を変更する可能性もあるため、const な QMap から取得したイテレータを非 const な操作に使用しようとすると、コンパイルエラーが発生する可能性があります。
シナリオ
const な QMap に対して upperBound() を呼び出し、返ってきた iterator を非 const な操作に使用しようとする。

基本的な使い方

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(3, "three");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(7, "seven");

    int searchKey = 3;
    QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(searchKey);

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    searchKey = 7;
    it = map.upperBound(searchKey);

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    return a.exec();
}

この例では、整数のキーと文字列の値を持つ QMap を作成し、upperBound() を使って特定のキーよりも大きい最初の要素を見つけています。

次の upperBound(7) の呼び出しでは、キー 7 より大きい要素は存在しないため、map.end() と等しいイテレータが返されます。
最初の upperBound(3) の呼び出しでは、キー 3 より大きい最初の要素（キー 5 の要素）へのイテレータが返されます。

範囲処理での利用

upperBound() は、あるキーよりも大きい要素を処理する際に便利です。lowerBound() と組み合わせることで、特定の範囲の要素を効率的に処理できます。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(2, "two");
    map.insert(4, "four");
    map.insert(6, "six");
    map.insert(8, "eight");
    map.insert(10, "ten");

    int lowerBoundKey = 4;
    int upperBoundKey = 9;

    QMap<int, QString>::iterator lowerIt = map.lowerBound(lowerBoundKey);
    QMap<int, QString>::iterator upperIt = map.upperBound(upperBoundKey);

    qDebug() << "キー " << lowerBoundKey << " 以上 " << upperBoundKey << " 未満の要素:";
    while (lowerIt != upperIt) {
        qDebug() << "  キー:" << lowerIt.key() << ", 値:" << lowerIt.value();
        ++lowerIt;
    }

    return a.exec();
}

この例では、lowerBound(4) はキーが 4 以上の最初の要素へのイテレータを返し、upperBound(9) はキーが 9 より大きい最初の要素へのイテレータを返します。これらのイテレータを使って、キーが 4 以上 9 未満の要素をループ処理しています。

存在しないキーに対する upperBound() の挙動

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(10, "ten");

    int searchKey = 3; // 存在しないキー
    QMap<int, QString>::iterator it = map.upperBound(searchKey);

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value(); // キー 5 の要素が出力される
    } else {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    searchKey = 15; // 存在しないキー (最大キーよりも大きい)
    it = map.upperBound(searchKey);

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。"; // こちらが出力される
    }

    return a.exec();
}

この例では、QMap に存在しないキー 3 と 15 に対して upperBound() を呼び出しています。

upperBound(15) は、QMap 内のどのキーよりも大きいため、map.end() を返します。
upperBound(3) は、キー 3 より大きい最初のキーである 5 の要素へのイテレータを返します。

const な QMap での利用

const な QMap に対して upperBound() を使用する場合は、const_iterator を使用する必要があります。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    const QMap<int, QString> constMap = {{1, "one"}, {3, "three"}, {5, "five"}};
    int searchKey = 2;
    QMap<int, QString>::const_iterator it = constMap.upperBound(searchKey);

    if (it != constMap.constEnd()) {
        qDebug() << "(const) キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "(const) キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    return a.exec();
}

この例では、const な QMap に対して upperBound() を呼び出し、返ってきた const_iterator を使用して要素にアクセスしています。const_iterator は、指す要素の値を変更することはできません。

std::upper_bound アルゴリズムの使用 (C++ 標準ライブラリ)

QMap は内部的に要素をソートして保持しているため、C++ 標準ライブラリの <algorithm> ヘッダにある std::upper_bound アルゴリズムを使用することも可能です。ただし、QMap のイテレータは双方向イテレータであり、std::upper_bound は通常、ランダムアクセスイテレータを必要とするコンテナ（例えば std::vector）向けに設計されています。QMap で使用する場合は、イテレータの型に注意が必要です。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>
#include <algorithm>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(3, "three");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(7, "seven");

    int searchKey = 3;
    auto it = std::upper_bound(map.begin(), map.end(), searchKey,
                              [](const QMap<int, QString>::value_type& pair, int key) {
                                  return pair.first < key;
                              });

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "std::upper_bound: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "std::upper_bound: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    return a.exec();
}

この例では、ラムダ式を使って比較関数を提供し、std::upper_bound が QMap のキーに基づいて比較を行うようにしています。

注意点
std::upper_bound は、QMap の要素型である std::pair<const Key, T> 全体を受け取るため、比較関数でキーのみを比較するように明示する必要があります。

QMap::lowerBound とイテレータのインクリメントの組み合わせ

QMap::lowerBound(const Key &key) は、指定された key 以上の最初の要素を指すイテレータを返します。これを利用して、key よりも大きい最初の要素を見つけることができます。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(3, "three");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(7, "seven");

    int searchKey = 3;
    QMap<int, QString>::iterator it = map.lowerBound(searchKey);

    // lowerBound が key と同じ要素を指している場合は、次の要素に進む
    if (it != map.end() && it.key() == searchKey) {
        ++it;
    }
    // lowerBound が key より大きい要素を指している場合、それが upperBound に相当する
    // lowerBound が end() を返した場合、upperBound も end() を返す

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
    }

    searchKey = 7;
    it = map.lowerBound(searchKey);
    if (it != map.end() && it.key() == searchKey) {
        ++it;
    }

    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。"; // こちらが出力される
    }

    searchKey = 8;
    it = map.lowerBound(searchKey);
    // lowerBound が key 以上の要素を見つけられない場合は end() を返すため、そのまま upperBound と同じ
    if (it != map.end()) {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
        qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
    } else {
        qDebug() << "lowerBound + increment: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。"; // こちらが出力される
    }

    return a.exec();
}

この方法では、まず lowerBound() で指定されたキー以上の最初の要素を見つけ、もしそのキーと一致する要素が見つかった場合は、イテレータを一つ進めることで、upperBound() と同様の結果を得ています。

QMap::find とイテレータのインクリメントの組み合わせ (非効率な場合あり)

QMap::find(const Key &key) は、指定された key を持つ最初の要素へのイテレータを返します。これを使って、もし要素が見つかった場合は、その次の要素が upperBound() の結果に相当します。ただし、キーが存在しない場合は map.end() が返るため、追加のチェックが必要です。また、この方法は upperBound() よりも効率が悪い可能性があります。

#include <QCoreApplication>
#include <QMap>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QMap<int, QString> map;
    map.insert(1, "one");
    map.insert(3, "three");
    map.insert(5, "five");
    map.insert(7, "seven");

    int searchKey = 3;
    QMap<int, QString>::iterator it = map.find(searchKey);

    if (it != map.end()) {
        ++it; // 見つかったキーの次の要素が upperBound に相当
        if (it != map.end()) {
            qDebug() << "find + increment: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
            qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
        } else {
            qDebug() << "find + increment: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした (map の末尾)。";
        }
    } else {
        // キーが見つからなかった場合は、lowerBound が返す位置が upperBound に相当
        it = map.lowerBound(searchKey);
        if (it != map.end()) {
            qDebug() << "find (not found) + lowerBound: キー " << searchKey << " より大きい最初の要素:";
            qDebug() << "  キー:" << it.key() << ", 値:" << it.value();
        } else {
            qDebug() << "find (not found) + lowerBound: キー " << searchKey << " より大きい要素は見つかりませんでした。";
        }
    }

    return a.exec();
}

この方法は少し複雑で、キーが見つかった場合と見つからなかった場合で処理が異なります。一般的には upperBound() または lowerBound とインクリメントの組み合わせの方が明確で効率的です。

QMap::upperBound() の代替としては、以下のような方法が考えられます。

std::upper_bound アルゴリズム
C++ 標準ライブラリのアルゴリズムを利用する方法ですが、比較関数を適切に定義する必要があります。
QMap::lowerBound とイテレータのインクリメント
lowerBound() で指定されたキー以上の最初の要素を見つけ、必要に応じてイテレータを進めることで、upperBound() と同様の結果を得られます。
QMap::find とイテレータのインクリメント
指定されたキーを持つ要素を見つけ、その次の要素を upperBound() の代替とする方法ですが、効率や可読性の点で注意が必要です。

QMap::clear()

もう少し詳しく説明します。注意点: clear()を呼び出した後、そのマップに対するイテレータ（QMap::iteratorなど）はすべて無効になります。マップ内の値がポインタである場合、clear()はポインタ自体は削除しますが、ポインタが指す先のメモリは自動的には解放しません。その場合は、clear()を呼び出す前に、各ポインタが指すオブジェクトを自分で削除する必要があります。

【Qt】QMap::constBegin()徹底解説：読み取り専用イテレータの基本と活用法

QMap::constBegin() は、Qtのコンテナクラスである QMap のメンバ関数で、QMap の最初の要素を指す定数イテレータを返します。QMap<Key, T> は、キー (Key) と値 (Value) のペアを格納する連想コンテナです。キーによって要素が自動的にソートされるのが特徴です。C++標準ライブラリの std::map に似ています。

Qt QMap::constEnd()徹底解説：イテレータの基本と安全な使い方

QMap<Key, T>::constEnd() は、Qtのコンテナクラスである QMap が提供するメンバー関数で、定数イテレータを返します。このイテレータは、QMap 内の「最後の要素の次の位置」を指します。QMap::constEnd(): この関数は、QMap オブジェクトのメソッドとして呼び出されます。返されるイテレータは、マップの最後の要素の直後の架空の場所を指します。これは、C++のSTLコンテナにおける end() イテレータと同じ概念です。

Qt QMap: constFind() 徹底解説 - 使い方、エラー、代替メソッド

この関数は、QtフレームワークのコンテナクラスであるQMapに属するメンバー関数です。QMapは、キーと値のペアを格納し、キーに基づいて値を効率的に検索できるデータ構造です（C++のstd::mapに似ています）。この関数は、特定のキーを持つ要素をQMap内で検索し、その要素を指す「定数イテレータ」を返します。

QMap::constKeyValueBegin()の代替手段 - Qtイテレーションの選び方

この関数は、Qt のコンテナクラスである QMap のメンバ関数です。QMap はキーと値のペアを格納し、キーに基づいて値を高速に検索できるデータ構造です。constKeyValueBegin(): この関数は、QMap の最初の要素を指す const_key_value_iterator を返します。

QMapの要素処理をマスター：constKeyValueEnd()から最新C++11まで

QMapとは何か？ QMap<Key, T> は、Qtが提供するジェネリックなコンテナクラスの一つです。キーと値のペア（Key と T）を格納し、キーを使って値を高速に検索できる辞書のようなものです。std::map と似ていますが、Qt独自の機能や最適化が含まれています。QMap はキーの順序を保持します。

Qt QMapイテレーションの秘訣：const_key_value_iteratorの実践的コード例

QMap::const_key_value_iterator は、Qtのコンテナクラスである QMap を走査（イテレート）するためのイテレータの一種です。特に、これはキーと値のペアを両方とも取得できる、読み取り専用（const）のイテレータとして機能します。

QMap::contains() の使い方と注意点：Qtプログラミングでの効率的なキー検索

使い方: QMap<QString, int> myMap; myMap. insert("apple", 1); myMap. insert("banana", 2); if (myMap. contains("apple")) { // "apple"というキーが存在する場合の処理 qDebug() << "appleは存在します。"; }

もう迷わない！Qt QMapのcount()とsize()、contains()の使い分け

QMapはQtが提供するジェネリックコンテナクラスの一つで、キーと値のペア（連想配列や辞書のようなもの）を格納し、キーによる高速な検索を提供します。QMap::count()には、2つのオーバーロードがあります。このオーバーロードは、引数を取りません。機能: QMapに現在格納されている全要素の数（キーと値のペアの総数）を返します。 C++標準ライブラリのstd::map::size()と同じ機能を提供します。戻り値の型: QMap::size_typeは、マップのサイズを表現するための符号なし整数型です。通常はintやsize_tと同等です。

QMap::difference_type

具体的には、QMap::difference_typeは通常、ptrdiff_tのtypedefとして定義されています。ptrdiff_tは、2つのポインタ間の差を格納できる符号付き整数型であり、イテレータの距離（要素数）を表現するのに適しています。