std::reduce

定义于头文件 `<numeric>`
template< class InputIt > typename std::iterator_traits<InputIt>::value_type reduce( InputIt first, InputIt last );	(1)	(C++17 起) (C++20 起为 constexpr)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt > typename std::iterator_traits<ForwardIt>::value_type reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last );	(2)	(C++17 起)
template< class InputIt, class T > T reduce( InputIt first, InputIt last, T init );	(3)	(C++17 起) (C++20 起为 constexpr)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt, class T > T reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last, T init );	(4)	(C++17 起)
template< class InputIt, class T, class BinaryOp > T reduce( InputIt first, InputIt last, T init, BinaryOp op );	(5)	(C++17 起) (C++20 起为 constexpr)
template< class ExecutionPolicy, class ForwardIt, class T, class BinaryOp > T reduce( ExecutionPolicy&& policy, ForwardIt first, ForwardIt last, T init, BinaryOp op );	(6)	(C++17 起)

1) 等价于 reduce(first, last, typename std::iterator_traits<InputIt>::value_type{})。

3) 等价于 reduce(first, last, init, std::plus<>())。

5) 将范围 [first, last) 中的元素与初始值 init，通过 op 以未指定的方式进行置换和聚合，从而进行归约。

2,4,6) 与 (1,3,5) 相同，但根据 policy 执行。

仅当满足所有以下条件时，这些重载才参与重载决议

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

给定 binary_op 作为实际的二元操作，

如果 binary_op 不满足结合律或交换律（例如浮点数加法），则结果是非确定性的。

如果以下任一值不能转换为 `T`，则程序是病态的：

binary_op(init, *first)
binary_op(*first, init)
binary_op(init, init)
binary_op(*first, *first)

如果满足以下任何条件，则行为是未定义的：

T 不是可移动构造 (MoveConstructible) 的。
binary_op 修改了 [first, last) 中的任何元素。
binary_op 使 [first, last] 的任何迭代器或子范围失效。

first, last	-	定义要应用算法的元素范围的迭代器对
init	-	广义和的初始值
policy	-	要使用的执行策略
op	-	二元函数对象 (FunctionObject)，将以未指定顺序应用于解引用输入迭代器的结果、其他 op 的结果和 init。
类型要求
- `InputIt` 必须满足 LegacyInputIterator 的要求。
- `ForwardIt` 必须满足 LegacyForwardIterator 的要求。

[编辑] 返回值

1-4) init 和 [first, last) 中元素在 std::plus<>() 上的广义和。

5,6) init 和 [first, last) 中元素在 op 上的广义和。

一组元素在二元操作 binary_op 上的广义和定义如下：

如果组中只有一个元素，则和为该元素的值。
否则，按顺序执行以下操作：

从组中取出任意两个元素 elem1 和 elem2。
计算 binary_op(elem1, elem2) 并将结果放回组中。
重复步骤 1 和 2，直到组中只有一个元素。

[编辑] 复杂度

给定 $\scriptsize N$ $N$ 为 std::distance(first, last)

1-4)

O(N)

次 std::plus<>() 的应用。

5,6)

O(N)

次 op 的应用。

[编辑] 异常

带有模板参数 ExecutionPolicy 的重载按如下方式报告错误

如果作为算法一部分调用的函数执行抛出异常，并且 ExecutionPolicy 是标准策略之一，则调用 std::terminate。对于任何其他 ExecutionPolicy，行为是实现定义的。
如果算法未能分配内存，则抛出 std::bad_alloc。

[编辑] 注意

std::reduce 的行为类似于 std::accumulate，但范围内的元素可以以任意顺序进行分组和重新排列。

[编辑] 示例

std::reduce 和 std::accumulate 的并排比较

运行此代码

#if PARALLEL
#include <execution>
#define SEQ std::execution::seq,
#define PAR std::execution::par,
#else
#define SEQ
#define PAR
#endif
 
#include <chrono>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <locale>
#include <numeric>
#include <utility>
#include <vector>
 
int main()
{
    std::cout.imbue(std::locale("en_US.UTF-8"));
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(1);
 
    auto eval = [](auto fun)
    {
        const auto t1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        const auto [name, result] = fun();
        const auto t2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
        const std::chrono::duration<double, std::milli> ms = t2 - t1;
        std::cout << std::setw(28) << std::left << name << "sum: "
                  << result << '\t' << "time: " << ms.count() << " ms\n";
    };
 
    {
        const std::vector<double> v(100'000'007, 0.1);
 
        eval([&v]{ return std::pair{"std::accumulate (double)",
            std::accumulate(v.cbegin(), v.cend(), 0.0)}; });
        eval([&v]{ return std::pair{"std::reduce (seq, double)",
            std::reduce(SEQ v.cbegin(), v.cend())}; });
        eval([&v]{ return std::pair{"std::reduce (par, double)",
            std::reduce(PAR v.cbegin(), v.cend())}; });
    }
 
    {
        const std::vector<long> v(100'000'007, 1);
 
        eval([&v]{ return std::pair{"std::accumulate (long)",
            std::accumulate(v.cbegin(), v.cend(), 0l)}; });
        eval([&v]{ return std::pair{"std::reduce (seq, long)",
            std::reduce(SEQ v.cbegin(), v.cend())}; });
        eval([&v]{ return std::pair{"std::reduce (par, long)",
            std::reduce(PAR v.cbegin(), v.cend())}; });
    }
}

可能的输出

// POSIX: g++ -std=c++23 ./example.cpp -ltbb -O3; ./a.out
std::accumulate (double)    sum: 10,000,000.7	time: 356.9 ms
std::reduce (seq, double)   sum: 10,000,000.7	time: 140.1 ms
std::reduce (par, double)   sum: 10,000,000.7	time: 140.1 ms
std::accumulate (long)      sum: 100,000,007	time: 46.0 ms
std::reduce (seq, long)     sum: 100,000,007	time: 67.3 ms
std::reduce (par, long)     sum: 100,000,007	time: 63.3 ms
 
// POSIX: g++ -std=c++23 ./example.cpp -ltbb -O3 -DPARALLEL; ./a.out
std::accumulate (double)    sum: 10,000,000.7	time: 353.4 ms
std::reduce (seq, double)   sum: 10,000,000.7	time: 140.7 ms
std::reduce (par, double)   sum: 10,000,000.7	time: 24.7 ms
std::accumulate (long)      sum: 100,000,007	time: 42.4 ms
std::reduce (seq, long)     sum: 100,000,007	time: 52.0 ms
std::reduce (par, long)     sum: 100,000,007	time: 23.1 ms

[编辑] 另请参阅

accumulate	对一个范围的元素进行求和或折叠 (函数模板) [编辑]
transform	对一个范围的元素应用函数，并将结果存储在目标范围中 (函数模板) [编辑]
transform_reduce (C++17)	应用一个可调用对象，然后进行乱序归约 (函数模板) [编辑]
ranges::fold_left (C++23)	对一个范围的元素进行左折叠 (算法函数对象)[编辑]

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