二分查找（Binary Search）是一种高效的查找算法，但它只适用于有序的元素集合。在查找多个元素时，我们可以对每个元素分别进行二分查找，但这样会增加时间复杂度，因此可以考虑将多个元素合并成一个数组，再进行二分查找。

具体实现如下：

def binary_search_multiple_elements(arr, x):
    """
    在有序数组arr中查找所有值为x的元素，返回它们的索引列表。
    """
    if not arr:
        return []

    left, right = 0, len(arr) - 1
    res = []

    while left <= right:
        mid = (left + right) // 2
        if arr[mid] == x:
            # 进一步判断左右两侧是否还有x，将它们的索引记录到res中
            l, r = mid - 1, mid + 1
            while l >= 0 and arr[l] == x:
                res.append(l)
                l -= 1
            res.append(mid)
            while r < len(arr) and arr[r] == x:
                res.append(r)
                r += 1
            return res
        elif arr[mid] < x:
            left = mid + 1
        else:
            right = mid - 1

    return []

例如，对于数组arr=[1, 2, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 6]，要查找所有值为2的元素，可以调用binary_search_multiple_elements(arr, 2)，返回的结果为[1, 2, 3]。