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C++中的std::exclusive_scan是什么?(如何计算前缀和)

尼克

尼克

发布时间:2026-02-11 14:48:10

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来源于php中文网

原创

std::exclusive_scan是C++17引入的并行前缀和算法,输出第i项为输入前i项(索引0至i-1)之和,默认首项为init值;而inclusive_scan包含当前项,首项等于输入首项。

c++中的std::exclusive_scan是什么?(如何计算前缀和)

std::exclusive_scan 是什么,和 inclusive 有什么区别

它就是 C++17 引入的并行前缀和算法之一,干的是“排除当前元素”的累加:输出第 i 个位置是输入中前 i 个元素(索引 0i-1)的和。比如 {1,2,3,4} 的 exclusive scan 结果是 {0,1,3,6} —— 注意开头多了一个默认初始值(默认是 T{},即 0 对于 int)。

对比 std::inclusive_scan:后者包含当前元素,结果是 {1,3,6,10}。别记混,exclusive 的 “ex” 就是 “exclude current” 的暗示。

  • exclusive:每个输出 = 前面所有(不含自己),长度和输入相同,首项由 init 决定
  • inclusive:每个输出 = 前面所有(含自己),首项 = 输入首项
  • 两者都支持自定义二元操作(不只是加法),但默认是 std::plus()

怎么用 std::exclusive_scan(带 init 版本最常用)

最常写的其实是三参数 + 初始值的重载:std::exclusive_scan(first, last, d_first, init)。漏掉 init 会编译失败 —— 它没有无 init 的重载(这点和 inclusive_scan 不同,容易踩坑)。

示例:对 vector 求 exclusive 前缀和

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#include 
#include 
#include 

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}
  • out 必须至少和输入一样长;写入越界不会报错,但行为未定义
  • init 类型必须能隐式转为目标迭代器的 value_type,否则编译失败(比如用 0LL 初始化 vector 通常没问题,但用 0.5 就不行)
  • 如果想原地计算(输入输出重叠),必须确保 d_first 不在 [first, last) 范围内,否则结果未定义(不能像 std::partial_sum 那样安全原地)

为什么有时候结果和 partial_sum 不一样

因为 std::partial_sum 默认是 inclusive,且没有 init 参数;而 std::exclusive_scan 强制要 init,且默认不包含当前项。直接替换会出错。

  • 想用 partial_sum 模拟 exclusive 效果?得手动偏移:先 push 一个 init,再对 v 调用 partial_sum,再 pop_back —— 不推荐,语义不清
  • exclusive_scan 支持执行策略(如 std::execution::par),partial_sum 不支持;并发场景下前者才是标准正解
  • 数值精度敏感时注意:exclusive_scan 的累加顺序不保证(尤其并行时),浮点数结果可能和顺序执行不一致

常见编译错误和运行时陷阱

最典型的是忘记传 init,报错类似:no matching function for call to 'exclusive_scan' —— 因为它真的没有两参数版本。

  • 误写成 std::exclusive_scan(v.begin(), v.end(), out.begin()) → 编译失败
  • 输出迭代器指向空间不足 → 写越界,静默崩溃或数据损坏(没 bounds check)
  • std::exclusive_scan 处理空 range:合法,输出首项就是 init,但如果你没分配空间,就会写到野指针
  • 自定义二元操作时,要求满足「可交换+可结合」,否则并行执行结果不可预测(即使串行看起来对)

真正难的不是调用,是意识到它强制依赖 init、不支持原地、且和传统 partial_sum 的语义断层 —— 这些地方一不留神就卡住半小时。

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