std::transform_reduce

在标头 `<numeric>` 定义
template< class InputIt1, class InputIt2, class T > T transform_reduce( InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2, T init );	(1)	(C++17 起) (C++20 起为 `constexpr`)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt1, class ForwardIt2, class T > T transform_reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1, ForwardIt2 first2, T init );	(2)	(C++17 起)
template< class InputIt1, class InputIt2, class T, class BinaryOp1, class BinaryOp2 > T transform_reduce( InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2, T init, BinaryOp1 reduce, BinaryOp2 transform );	(3)	(C++17 起) (C++20 起为 `constexpr`)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt1, class ForwardIt2, class T, class BinaryOp1, class BinaryOp2 > T transform_reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1, ForwardIt2 first2, T init, BinaryOp1 reduce, BinaryOp2 transform );	(4)	(C++17 起)
template< class InputIt, class T, class BinaryOp, class UnaryOp > T transform_reduce( InputIt first, InputIt last, T init, BinaryOp reduce, UnaryOp transform );	(5)	(C++17 起) (C++20 起为 `constexpr`)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt, class T, class BinaryOp, class UnaryOp > T transform_reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last, T init, BinaryOp reduce, UnaryOp transform );	(6)	(C++17 起)

1) 等价于 transform_reduce(first1, last1, first2, init,
std::plus<>(), std::multiplies<>())，实际上是默认的 std::inner_product 的等效并行版本。

3) 应用 transform 到来自范围 [first1, last1) 和从 first2 开始的包含 std::distance(first1, last1) 个元素的范围的每对元素，并在 reduce 上与初始值 init 一同规约各结果（可以以未指定行为重排聚合）。

如果 reduce 不可结合或不可交换（例如浮点加法），那么结果不确定。

如果以下任何值不可转换到 T，那么程序非良构：

reduce(init, init)
reduce(init, transform(*first1, *first2))
reduce(transform(*first1, *first2), init)
reduce(transform(*first1, *first2), transform(*first1, *first2))

给定 last2 为 first2 的下 std::distance(first1, last1) 个迭代器，如果满足以下任意条件，那么行为未定义：

T 不可移动构造 (MoveConstructible) .
transform 或 reduce 会修改 [first1, last1) 或 [first2, last2) 的元素。
transform 或 reduce 会使 [first1, last1] 或 [first2, last2] 中的迭代器或子范围失效。

5) 应用 transform 到范围 [first, last) 中的每个元素，并在 reduce 上与初始值 init 一同规约各结果（可以以未指定行为重排聚合）。

如果 reduce 不可结合或不可交换（例如浮点加法），那么结果不确定。

如果以下任何值不可转换到 T，那么程序非良构：

reduce(init, init)
reduce(init, transform(*first))
reduce(transform(*first), init)
reduce(transform(*first), transform(*first))

如果满足以下任意条件，那么行为未定义：

T 不可移动构造 (MoveConstructible) 。
transform 或 reduce 会修改 [first, last) 的元素。
transform 或 reduce 会使 [first, last] 中的迭代器或子范围失效。

2,4,6) 同 (1,3,5)，但按照 policy 执行。

这些重载只有在

std::is_execution_policy_v<std::decay_t<ExecutionPolicy>>	(C++20 前)
std::is_execution_policy_v<std::remove_cvref_t<ExecutionPolicy>>	(C++20 起)

是 true 时时才会参与重载决议。

参数

first1, last1	-	包含要作为 transform 的左操作数的元素的范围
first2	-	包含要作为 transform 的右操作数的元素的范围开头
first, last	-	包含要作为 transform 的单一操作数的元素的范围
init	-	广义和的初始值
policy	-	所用的执行策略。细节见执行策略。
reduce	-	二元函数对象 (FunctionObject) ，将以未指定顺序应用于 transform 的结果，其他 reduce 的结果和 init 之上。
transform	-	一元或二元函数对象 (FunctionObject) ，将应用于输入范围的每个元素。其返回类型必须可由 reduce 接受为其输入。
类型要求
- `InputIt1, InputIt2, InputIt` 必须满足老式输入迭代器 (LegacyInputIterator) 。
- `ForwardIt1, ForwardIt2, ForwardIt` 必须满足老式向前迭代器 (LegacyForwardIterator) 。

返回值

1,2) init 和 values 在 std::plus<>() 上的广义和，其中 values 是通过 std::multiplies<>() 变换得到的一组值，每个值从两个输入范围中的一对元素变换而来。

3,4) init 和 values 在 reduce 上的广义和，其中 values 是通过 transform 变换得到的一组值，每个值从两个输入范围中的一对元素变换而来。

5,6) init 和 values 在 reduce 上的广义和，其中 values 是通过 transform 变换得到的一组值，每个值从输入范围中的一个元素变换而来。

一组元素在二元运算 binary_op 上的广义和 定义如下：

如果元素组只有一个元素，那么和就是该元素的值。
否则，依次进行以下操作：

从元素组中取走两个元素 elem1 和 elem2。
计算 binary_op(elem1, elem2)，并将结果放回元素组。
重复以上两步，直到组里只剩一个元素。

复杂度

给定 $\scriptsize N$ $N$ 为 std::distance(first1, last1)（对于重载 (5,6) 是 std::distance(first, last)）：

1,2) 分别应用

O(N)

次 std::plus<>() 和 std::multiplies<>()。

3-6) 分别应用

O(N)

次 reduce 和 transform。

异常

拥有名为 ExecutionPolicy 的模板形参的重载按下列方式报告错误：

如果作为算法一部分调用的函数的执行抛出异常，且 ExecutionPolicy 是标准策略之一，那么调用 std::terminate。对于任何其他 ExecutionPolicy，行为由实现定义。
如果算法无法分配内存，那么抛出 std::bad_alloc。

注解

不会对 init 应用 transform。

如果 first == last 或 first1 == last1，那么返回未经修改的 init。

示例

transform_reduce 能用于并行化 std::inner_product。某些系统可能需要额外的支持以获得并行执行的优势。例如在 GNU/Linux 上安装 Intel TBB 并对 gcc/clang 编译器提供 -ltbb 选项。

运行此代码

#if PARALLEL
#include <execution>
#define PAR std::execution::par,
#else
#define PAR
#endif
 
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <locale>
#include <numeric>
#include <vector>
 
// 为使不可接合的累加运算并行化，应当选择
// transform_reduce 而非 reduce；例如，a + b * b != b + a * a
void print_sum_squared(long const num)
{
    std::cout.imbue(std::locale{"en_US.UTF8"});
    std::cout << "num = " << num << '\n';
 
    // 创建不可修改 vector 并按模式填充: 1,2,3,4, 1,2,3,4 ...
    const std::vector<long> v{[n = num * 4] {
        std::vector<long> v;
        v.reserve(n);
        std::generate_n(std::back_inserter(v), n,
            [i = 0]() mutable { return 1 + i++ % 4; });
        return v;
    }()};
 
    auto squared_sum = [](auto sum, auto val) { return sum + val * val; };
 
    auto sum1 = std::accumulate(v.cbegin(), v.cend(), 0L, squared_sum);
    std::cout << "accumulate()：" << sum1 << '\n';
 
    auto sum2 = std::reduce(PAR v.cbegin(), v.cend(), 0L, squared_sum);
    std::cout << "reduce()：" << sum2 << '\n';
 
    auto sum3 = std::transform_reduce(PAR v.cbegin(), v.cend(), 0L, std::plus{},
                                      [](auto val) { return val * val; });
    std::cout << "transform_reduce()：" << sum3 << "\n\n";
}
 
int main()
{
    print_sum_squared(1);
    print_sum_squared(1'000);
    print_sum_squared(1'000'000);
}

可能的输出：

num = 1
accumulate()：30
reduce()：30
transform_reduce()：30
 
num = 1,000
accumulate()：30,000
reduce()：-7,025,681,278,312,630,348
transform_reduce()：30,000
 
num = 1,000,000
accumulate()：30,000,000
reduce()：-5,314,886,882,370,003,032
transform_reduce()：30,000,000
 
// 并行执行于 POSIX 之上的编译器选项:
// g++ -O2 -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic -DPARALLEL ./example.cpp -ltbb -o tr; ./tr

参阅

accumulate	对一个范围内的元素求和或折叠 (函数模板)
transform	将一个函数应用于某一范围的各个元素，并在目标范围存储结果 (函数模板)
reduce (C++17)	类似 std::accumulate，但不依序执行 (函数模板)

编译器支持
自立实现与有宿主实现
语言
标准库
标准库标头
具名要求
功能特性测试宏 (C++20)
语言支持库
概念库 (C++20)
元编程库 (C++11)
诊断库
通用工具库
字符串库
容器库
迭代器库
范围库 (C++20)
算法库
数值库
本地化库
输入/输出库
文件系统库 (C++17)
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技术规范
符号索引
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