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C++的std::inclusive_scan和std::exclusive_scan是什么_C++17并行算法中的前缀和计算

裘德小鎮的故事

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发布时间:2025-12-01 15:41:21

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来源于php中文网

原创

前缀和是累积计算从首元素到当前元素的和;std::inclusive_scan包含当前元素,结果为[1,3,6,10];std::exclusive_scan不包含当前元素,结果为[0,1,3,6];两者均支持并行执行策略提升性能。

c++的std::inclusive_scan和std::exclusive_scan是什么_c++17并行算法中的前缀和计算

在C++17中,std::inclusive_scanstd::exclusive_scan标准库算法中用于计算前缀和的函数,定义在头文件 中。它们属于“并行算法”(Parallel Algorithms)的一部分,支持串行、并行和向量化执行策略,可用于提升大规模数据处理的性能。

什么是前缀和?

前缀和(Prefix Sum)是一种累积操作:对序列中的每个位置,计算从起始位置到该位置所有元素的累加结果。例如,对数组 [1, 2, 3, 4]

  • 包含自身(inclusive) 的前缀和是:[1, 3, 6, 10]
  • 不包含自身(exclusive) 的前缀和是:[0, 1, 3, 6],即当前位置之前所有元素的和

std::inclusive_scan 解释

该函数计算包含当前元素的前缀和。其基本形式如下:

std::inclusive_scan(first, last, d_first);

它将区间 [first, last) 的元素进行累加,并将结果写入从 d_first 开始的目标区间。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

支持自定义二元操作符(如乘法、最大值等),默认使用加法。

示例:

#include
#include
#include iostream>

std::vector data = {1, 2, 3, 4};
std::vector result(data.size());
std::inclusive_scan(data.begin(), data.end(), result.begin());
// result: [1, 3, 6, 10]

std::exclusive_scan 解释

该函数计算不包含当前元素的前缀和。第一个输出元素通常是初始值(默认为0)。

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std::exclusive_scan(first, last, d_first, init);

其中 init 是初始值,通常为0。如果未提供,则使用元素类型的默认值。

示例:

std::vector data = {1, 2, 3, 4};
std::vector result(data.size());
std::exclusive_scan(data.begin(), data.end(), result.begin(), 0);
// result: [0, 1, 3, 6]

并行执行支持

C++17允许使用执行策略来控制这些算法的执行方式:

  • std::execution::seq:串行执行
  • std::execution::par:并行执行
  • std::execution::par_unseq:并行且允许向量化

例如,启用并行版本:

#include
std::inclusive_scan(std::execution::par, data.begin(), data.end(), result.begin());

这对大型数据集能显著提升性能,尤其在多核系统上。

基本上就这些。这两个函数提供了高效、安全且可并行的前缀和计算方式,适合替代手动编写的循环,尤其适用于数值计算、图像处理、并行归约等场景。理解它们的区别在于是否“包含当前元素”,就能正确选择使用哪一个。

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