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C++中std::exclusive_scan怎么用_C++17前缀和计算算法详解【数值】

穿越時空

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发布时间:2026-02-05 11:45:11

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来源于php中文网

原创

std::exclusive_scan是C++17引入的并行算法,用于计算严格前缀和(即每个位置结果不含当前元素),适用于累积偏移量、构建索引映射表或预分配区间边界等场景。

c++中std::exclusive_scan怎么用_c++17前缀和计算算法详解【数值】

std::exclusive_scan 是什么,适合解决哪类问题

它是在 C++17 引入的并行算法,用于计算**严格前缀和**(即每个位置的结果不包含当前元素),等价于手动写循环做 out[i] = in[0] + in[1] + ... + in[i-1]。典型场景是:需要累积偏移量、构建索引映射表、或为后续并行操作预分配区间边界——比如把一组长度 {2, 5, 3} 转成起始偏移 {0, 2, 7}

基本用法与参数顺序不能错

函数签名是:std::exclusive_scan(first, last, d_first, init, binary_op)。最容易出错的是前三个迭代器参数顺序和 init 的含义:

  • firstlast 是输入范围,[first, last) 闭开区间
  • d_first 是输出起始位置,必须保证足够空间(至少 last - first 个元素)
  • init 是**首个输出值**,也就是 out[0],不是“初始累加值”——它直接赋给第一个结果,之后才开始累加
  • binary_op 可选,默认是 std::plus(),但若传了就必须显式写出类型,比如 std::multiplies()

示例:

std::vector v = {1, 2, 3, 4};
std::vector out(v.size());
std::exclusive_scan(v.begin(), v.end(), out.begin(), 0); // out == {0, 1, 3, 6}

和 std::inclusive_scan、std::partial_sum 的关键区别

三者都算前缀和,但语义不同:

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  • std::exclusive_scan:结果中第 i 项 = 前 i 项和(不含第 i 项),长度同输入,首项由 init 指定
  • std::inclusive_scan:结果中第 i 项 = 前 i+1 项和(含第 i 项),首项 = 输入首项
  • std::partial_sum(C++98 就有):行为等价于 inclusive_scan,但不支持自定义二元操作的并行执行,也不接受 init

如果误把 exclusive_scan 当作 partial_sum 用,会发现结果整体右移一位且首项多出一个 0,这是最常被忽略的语义偏差。

实际使用时容易踩的坑

几个高频问题:

  • 输出容器没预留空间,导致 d_first 迭代器失效(尤其用 back_inserter 时不行,必须提前 resize 或用 vector 构造)
  • 对浮点数使用默认 std::plus 时,未考虑结合律失效带来的精度差异(并行执行下求和顺序不确定)
  • 传入 binary_op 但没指定模板参数,如写成 std::exclusive_scan(..., 0, std::multiplies) 会编译失败,必须写 std::multiplies()std::multiplies()
  • 输入/输出范围重叠且非同一容器时,行为未定义;同一容器上原地计算需确保是 exclusive_scaninclusive_scan 不允许原地)

真正要靠它提速,得配合执行策略,比如加 std::execution::par_unseq;但小数据量反而更慢,别盲目加。

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