std::transform

std::transform 对输入范围内的元素应用函数，并把结果写入目标范围。它支持一元和二元两种形式：

• 一元：transform(first, last, d_first, unary_op)，把 op(*it) 写入目标
• 二元：transform(first1, last1, first2, d_first, binary_op)，把 op(*it1, *it2) 写入目标

1. 引入

#include <algorithm>

2. 原理

template<class InputIt, class OutputIt, class UnaryOp>
constexpr OutputIt transform(InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first, UnaryOp op);

template<class InputIt1, class InputIt2, class OutputIt, class BinaryOp>
constexpr OutputIt transform(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2,
                             OutputIt d_first, BinaryOp op);

• 迭代器要求：输入为 InputIterator，输出为 OutputIterator。
• 复杂度：恰好 \( n \) 次函数调用。
• 返回值：指向目标范围中最后一个被写入元素之后的位置。

transform 允许原地变换（目标范围等于源范围），这是它比 copy 更灵活的地方。

3. 用法

(1) 基本用法

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

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

    // 一元：每个元素乘 2
    std::vector<int> out(v.size());
    std::transform(v.begin(), v.end(), out.begin(),
                   [](int x) { return x * 2; });   // out = {2,4,6,8,10}

    // 原地变换
    std::transform(v.begin(), v.end(), v.begin(),
                   [](int x) { return x * x; });   // v = {1,4,9,16,25}

    // 二元：两个范围逐元素相加
    std::vector<int> a{1, 2, 3}, b{10, 20, 30};
    std::vector<int> sum(3);
    std::transform(a.begin(), a.end(), b.begin(), sum.begin(),
                   std::plus<>{});   // sum = {11,22,33}
}

(2) 谓词与投影

transform 接受一元或二元操作，ranges::transform 额外支持投影：

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

std::vector<int> ages;
std::ranges::transform(people, std::back_inserter(ages), &Person::age);
// ages = {30, 25}

配合 std::toupper 做大小写转换：

std::string s = "hello";
std::ranges::transform(s, s.begin(),
                       [](char c) { return std::toupper(c); });   // "HELLO"

(3) 执行策略

transform 支持 C++17 执行策略：

#include <execution>

std::transform(std::execution::par, v.begin(), v.end(), out.begin(),
               [](int x) { return x * 2; });

注意：并行执行时函数对象必须是线程安全的，不能有数据竞争。

4. 注意事项

• 原地变换是允许的：目标可以等于源，这与 copy 不同。但二元版本中如果目标与第二个输入范围重叠，行为未定义。
• 目标空间必须足够：不检查目标范围大小。
• 不要用 std::transform 做副作用：虽然可以，但语义上应该用 for_each。
• std::transform 与 std::ranges::transform 的返回类型：后者返回 in_out_result，可以链式调用。
• std::toupper 的坑：直接传 std::toupper 给 transform 可能因负值字符导致未定义行为，应包一层 lambda 并转换类型。

5. 相关算法

• for_each：只遍历不求值
• copy / copy_if / copy_n：复制时不做变换
• replace / replace_if：按条件替换
• transform_reduce：变换后归约