std::copy / std::copy_if / std::copy_n

这三个算法把元素复制到目标位置：

• copy：复制整个范围
• copy_if：只复制满足谓词的元素（C++11）
• copy_n：复制指定数量的元素（C++11）

1. 引入

#include <algorithm>

2. 原理

template<class InputIt, class OutputIt>
constexpr OutputIt copy(InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first);

template<class InputIt, class OutputIt, class UnaryPred>
constexpr OutputIt copy_if(InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first, UnaryPred pred);

template<class InputIt, class Size, class OutputIt>
constexpr OutputIt copy_n(InputIt first, Size count, OutputIt result);

• 迭代器要求：输入为 InputIterator，输出为 OutputIterator。
• 复杂度：copy 恰好 \( n \) 次赋值；copy_if 恰好 \( n \) 次谓词调用，至多 \( n \) 次赋值。
• 返回值：指向目标范围中最后一个被复制元素之后的位置。

copy 的经典实现会对 TriviallyCopyable 类型且迭代器为 contiguous_iterator 的情况调用 std::memmove，因此对 int、char 等类型非常高效。

3. 用法

(1) 基本用法

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <vector>

int main()
{
    std::vector<int> src{1, 2, 3, 4, 5};

    // 复制到已分配空间的容器
    std::vector<int> dst(src.size());
    std::copy(src.begin(), src.end(), dst.begin());

    // 复制到空容器：用 back_inserter
    std::vector<int> dst2;
    std::copy(src.begin(), src.end(), std::back_inserter(dst2));

    // copy_if：只复制偶数
    std::vector<int> evens;
    std::copy_if(src.begin(), src.end(), std::back_inserter(evens),
                 [](int x) { return x % 2 == 0; });   // evens = {2, 4}

    // copy_n：复制前 3 个
    std::vector<int> first3(3);
    std::copy_n(src.begin(), 3, first3.begin());   // first3 = {1, 2, 3}
}

(2) 谓词与投影

copy_if 接受一元谓词；ranges::copy_if 还支持投影：

struct Person { std::string name; int age; };
std::vector<Person> people{{"Alice", 30}, {"Bob", 17}, {"Carol", 25}};

std::vector<Person> adults;
std::ranges::copy_if(people, std::back_inserter(adults),
                     [](int age) { return age >= 18; }, &Person::age);
// adults = {Alice, Carol}

(3) 执行策略

copy、copy_if、copy_n 都支持 C++17 执行策略：

#include <execution>

std::copy(std::execution::par, src.begin(), src.end(), dst.begin());

并行版本会失去短路特性，copy_if 在并行下仍保持稳定（保留相对顺序）。

4. 注意事项

• 目标空间必须足够：copy 不检查目标范围大小，写越界是未定义行为。用 back_inserter 可以自动扩容。
• 范围不能重叠：如果目标范围与源范围重叠，应改用 copy_backward（向右复制）或 std::copy 配合临时缓冲。
• copy_if 是稳定的：保持被复制元素的相对顺序。
• copy_n 的 count 非负：count < 0 时行为未定义。
• 优先用 ranges::copy：返回 in_out_result，同时给出输入和输出范围的末尾，便于链式操作。

5. 相关算法

• copy_backward：从后往前复制，用于重叠范围
• move / move_backward：移动而非复制
• remove_copy：复制时省略元素
• replace_copy：复制时替换元素
• uninitialized_copy：复制到未初始化内存