理解C++中的std::transform_reduce及示例

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2 months ago

理解 C++ 中的 `std::transform_reduce` 及示例

std::transform_reduce 是一个强大的 C++17 算法，它结合了 transform 和 reduce（或 accumulate）的功能。它允许你对元素进行转换，然后使用二元操作进行归约，从而写出简洁高效的代码。

语法

template<class InputIt1, class InputIt2, class T,
         class BinaryOp1, class BinaryOp2>
T transform_reduce(InputIt1 first1, InputIt1 last1,
                   InputIt2 first2, T init,
                   BinaryOp1 binary_op1,
                   BinaryOp2 binary_op2);

template<class InputIt, class T,
         class BinaryOp1, class UnaryOp>
T transform_reduce(InputIt first, InputIt last,
                   T init,
                   BinaryOp1 binary_op1,
                   UnaryOp unary_op);

它可以对每个元素应用 一元转换（可选）。
然后使用 二元操作对结果进行归约，如求和、求积或自定义组合。
在 C++17/20 中支持 并行执行策略。

示例 1：求平方和

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <execution>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

    int sum_of_squares = std::transform_reduce(
        std::execution::seq,   // 顺序执行
        numbers.begin(),
        numbers.end(),
        0,                     // 初始值
        std::plus<>(),    // 二元操作（求和）
        [](int x){ return x*x; } // 一元转换（平方）
    );

    std::cout << "平方和: " << sum_of_squares << std::endl;
    return 0;
}

示例 2：向量点积

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>

int main() {
    std::vector<int> a = {1, 2, 3};
    std::vector<int> b = {4, 5, 6};

    int dot_product = std::transform_reduce(
        a.begin(), a.end(),
        b.begin(),
        0  // 初始值
    );

    std::cout << "点积: " << dot_product << std::endl;
    return 0;
}

示例 3：并行 transform_reduce

#include <iostream>
#include <vector>
#include <numeric>
#include <execution>

int main() {
    std::vector<double> numbers(1'000'000, 1.5);

    double sum = std::transform_reduce(
        std::execution::par,  // 并行执行
        numbers.begin(),
        numbers.end(),
        0.0
    );

    std::cout << "并行求和: " << sum << std::endl;
    return 0;
}

关键点

transform_reduce 避免了为转换后的值创建中间容器。
支持顺序和并行执行策略。
有两种主要形式：单个范围带一元转换，或者两个范围进行成对操作（如点积）。
初始值是必须的，以正确处理空范围。

std::transform_reduce 可以让你的代码更简洁、更高效，尤其适合大数据集或并行计算场景。

C/C++编程

英文：Understanding std::transform_reduce in Modern C++

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