C++ STL区间交换算法std::swap_ranges()函数入门

前面一节我们学习了工具函数move() 函数，读者是否还记得它的功能是什么吗？没错，该函数能够高效地移动对象资源，同时源位置的元素会被置于有效但未指定的状态。本节我们将学习一个新的算法——区间交换算法，顾名思义，区间交换算法就是高效交换两个同类型且等长的区间。swap_ranges() 函数就是一个重要的区间交换算法，"swap" 意为"交换"，"ranges" 意为"范围"，从名称上就能看出这个函数用于交换两个序列中的元素。

swap_ranges() 函数的语法格式如下：

template< class ForwardIterator1, class ForwardIterator2 >
ForwardIterator2 swap_ranges( ForwardIterator1 first1,
                              ForwardIterator1 last1,
                              ForwardIterator2 first2 );

swap_ranges(first1, last1, first2) 函数的功能是：将区间 [first1, last1) 中的元素与从 first2 开始的等长区间中的元素进行交换。与 move() 函数不同，swap_ranges() 函数执行的是双向交换操作，两个序列中的元素会互相交换位置，而不是单向转移。该函数返回指向第二个序列中最后交换元素的下一个位置的迭代器。比如我们有两个字符串序列：序列1 {"Dotcpp编程", "C语言"}，序列2 {"数据结构", "Java教程"}，使用 swap_ranges() 函数交换后，序列1将变为 {"数据结构", "Java教程"}，序列2将变为 {"Dotcpp编程", "C语言"}。

下面我们通过代码来演示 swap_ranges() 函数的实际应用：

#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<string>
using namespace std;
/*swap_ranges(first1, last1, first2) 函数*/
void test() {
     
    vector<string> v1{"Dotcpp编程", "数据结构教程", "C语言教程", "算法竞赛教程"}; 
    vector<string> v2{"Python教程", "Java教程", "C++教程", "Linux命令"};
    
    /*交换前*/ 
    cout << "交换前:\n";
    cout << "v1容器有字符串：";
    for_each(v1.begin(), v1.end(), [](const string& s){
        cout << s << " ";
    });
    cout << '\n';
    
    cout << "v2容器有字符串：";
    for_each(v2.begin(), v2.end(), [](const string& s){
        cout << s << " ";
    });
    cout << '\n';
    
    /*开始交换*/
    swap_ranges(v1.begin(), v1.end(), v2.begin());
    
    /*交换后*/ 
    cout << "交换之后:\n";
    cout << "v1容器有字符串：";
    for_each(v1.begin(), v1.end(), [](const string& s){
        cout << s << " ";
    });
    cout << '\n';
    
    cout << "v2容器有字符串：";
    for_each(v2.begin(), v2.end(), [](const string& s){
        cout << s << " ";
    });
    cout << '\n';
    
    cout << "v1容器存储元素个数总和为：【" << v1.size() << "】\n";
    cout << "v2容器存储元素个数总和为：【" << v2.size() << "】\n";
} 
int main(){
    system("title dotcpp.com");
    test();
    return 0;
}

编译结果如下：

通过观察输出我们发现，v1和v2中的元素完全交换了位置，但两个容器的大小保持不变。这是因为 swap_ranges() 函数执行的是元素值的交换操作，而不是移动或复制。

在使用swap_ranges() 函数时我们需要注意：

1. 两个序列必须具有相同的数据类型。

2. 第二个序列必须至少有与第一个序列相同的长度。

3. 两个序列不能有重叠，否则会导致未定义行为。

总结：swap_ranges() 函数提供了一个高效的双向元素交换机制，它能够批量处理两个序列间的元素交换，特别适合需要互换数据的场景；在蓝桥杯、ACM等算法竞赛上，swap_ranges() 函数常应用于数组/字符串的区间交换、回文字符处理和矩阵操作等。