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std::swap / std::swap_ranges / std::iter_swap

这三个算法用于交换内容：

  • swap：交换两个对象的值
  • swap_ranges：交换两个等长范围的元素
  • iter_swap：交换两个迭代器所指向的元素

1. 引入

#include <utility>    // std::swap, std::iter_swap（C++11 起）
#include <algorithm>  // std::swap_ranges；C++11 前 swap 也在此

2. 原理

// <utility>
template<class T>
constexpr void swap(T& a, T& b) noexcept(/* see below */);

template<class ForwardIt1, class ForwardIt2>
constexpr void iter_swap(ForwardIt1 a, ForwardIt2 b);

// <algorithm>
template<class ForwardIt1, class ForwardIt2>
constexpr ForwardIt2 swap_ranges(ForwardIt1 first1, ForwardIt1 last1, ForwardIt2 first2);
  • 迭代器要求：swap_ranges 和 iter_swap 需要 ForwardIterator。
  • 复杂度：swap 为常数；swap_ranges 恰好 \( n \) 次交换。
  • 返回值：swap_ranges 返回第二个范围中最后一个被交换元素之后的位置。

std::swap 的经典实现是三次移动：

template<class T>
void swap(T& a, T& b) {
    T tmp = std::move(a);
    a = std::move(b);
    b = std::move(tmp);
}

但标准库对标准容器提供了特化版本（如 std::vector::swap），只交换内部指针，是 \( O(1) \) 的。

注意：C++11 起 std::swap 的声明从 <algorithm> 移到了 <utility>。

3. 用法

(1) 基本用法

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

int main()
{
    // 交换两个对象
    int a = 1, b = 2;
    std::swap(a, b);   // a=2, b=1

    // 交换两个范围的元素
    std::vector<int> v1{1, 2, 3};
    std::vector<int> v2{4, 5, 6};
    std::swap_ranges(v1.begin(), v1.end(), v2.begin());
    // v1 = {4,5,6}, v2 = {1,2,3}

    // 交换两个迭代器指向的元素
    std::iter_swap(v1.begin(), v1.begin() + 2);
    // v1 = {6,5,4}
}

(2) 谓词与投影

这三个算法都没有谓词或投影参数。

(3) 执行策略

swap_ranges 支持 C++17 执行策略：

#include <execution>

std::swap_ranges(std::execution::par, v1.begin(), v1.end(), v2.begin());

std::swap 和 std::iter_swap 是单次操作，不需要执行策略。

4. 注意事项

  • 头文件位置：C++11 起 std::swap 在 <utility>，不是 <algorithm>。
  • 对容器用成员 swap：vec1.swap(vec2) 或 std::swap(vec1, vec2) 都是 \( O(1) \)，只交换内部指针，迭代器保持有效（跟随元素转移）。
  • iter_swap 支持 ADL：ranges::iter_swap 会对 iter_swap 做 ADL 查找，而 std::iter_swap 不会。
  • 自定义类型的 swap：应在同命名空间提供 swap 重载，以便 ADL 找到更高效的实现。
  • swap_ranges 要求等长：两个范围必须长度相同，不检查第二个范围是否足够长。

5. 相关算法