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

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。

在C++17中，std::inclusive_scan 和 std::exclusive_scan 是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。

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）。

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。