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c++中如何使用std::inclusive_scan_c++17包含前缀和用法【实例】

穿越時空

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发布时间:2026-01-23 05:55:24

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来源于php中文网

原创

std::inclusive_scan是C++17计算包含自身的前缀和的并行算法,要求输出空间预先分配且支持自定义二元操作;输入输出可重叠但仅允许向后覆盖,与exclusive_scan的核心区别在于是否包含当前元素。

c++中如何使用std::inclusive_scan_c++17包含前缀和用法【实例】

std::inclusive_scan 是 C++17 引入的并行算法(定义在 <numeric> 中),用于计算**包含自身**的前缀和(即每个位置结果 = 从首元素到当前元素的累加值)。它比手写循环更安全、可读性更好,且支持自定义二元操作和输出迭代器。

std::inclusive_scan 基本用法与参数含义

函数签名如下:

template<class InputIt, class OutputIt, class BinaryOp = std::plus<>>
OutputIt inclusive_scan(InputIt first, InputIt last,
                        OutputIt d_first, BinaryOp binary_op = {});

关键点:

  • first / last:输入范围,左闭右开,要求可随机访问或至少前向迭代器
  • d_first:输出起始位置,**必须保证足够空间**(否则行为未定义)
  • binary_op:默认是 std::plus<>(),即加法;也可传入 std::multiplies<>()、lambda 等
  • 返回值是输出末尾的迭代器(d_first + (last - first)),通常可忽略

常见错误:输出空间不足或重叠导致未定义行为

最容易踩的坑是直接对原容器做“原地扫描”——比如传入 v.begin() 作为 d_first,但没确认是否允许重叠。标准规定:输入与输出范围可以重叠,但仅当输出范围起始 ≥ 输入范围起始时才安全(即只能向后覆盖)。

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以下写法是**危险的**(向前覆盖,未定义):

std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
std::inclusive_scan(v.begin(), v.end(), v.begin() + 1); // ❌ 错误:v[1] 覆盖后影响后续计算

正确做法:

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  • 用独立输出容器(最安全)
  • 若需原地,确保 d_first == first(即从头开始覆盖)
  • 或使用 std::vector::resize() 预留空间

实例:整数前缀和 + 自定义乘积扫描

示例 1:标准前缀和

std::vector<int> input = {2, 3, 1, 4};
std::vector<int> output(input.size());
std::inclusive_scan(input.begin(), input.end(), output.begin());
// output == {2, 5, 6, 10}

示例 2:用 lambda 计算“前缀最大值”(注意这不是数学前缀和,但符合 inclusive_scan 语义)

std::vector<int> a = {3, 1, 4, 1, 5};
std::vector<int> max_prefix(a.size());
std::inclusive_scan(a.begin(), a.end(), max_prefix.begin(),
                    [](int x, int y) { return std::max(x, y); });
// max_prefix == {3, 3, 4, 4, 5}

与 std::exclusive_scan 的核心区别

std::inclusive_scan 包含当前元素;std::exclusive_scan 不包含(首元素输出为初值,默认 0)。例如输入 {1,2,3}

  • inclusive{1, 3, 6}
  • exclusive(默认初值 0)→ {0, 1, 3}

如果需要 exclusive 行为但又想用 inclusive_scan,可手动偏移:先 push 一个 0,再对 [1, end) 扫描,但不如直接用 exclusive_scan 直观。

真正容易被忽略的是:这两个函数都要求输出迭代器指向**已分配内存**,不会自动扩容 —— 这和 std::transform 一样,不是 std::back_inserter 那类插入型算法。

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