12. 常用拷贝与替换算法：copy、replace、replace_if、swap
拷贝和替换，说白了就是数据搬运工和整形师。你写代码时肯定遇到过这种场景：要把一个容器里的数据原封不动搬到另一个容器，或者把某些特定值换成别的值。STL 给我们准备了四个非常趁手的工具——copy、replace、replace_if、swap。今天我就带你挨个过一遍，顺便聊聊我踩过的坑。
12.1 copy：最朴素的搬运工
copy 这个算法，名字就说明了一切。它把一段区间里的元素，一个一个复制到目标位置。原型长这样：
OutputIt copy( InputIt first, InputIt last, OutputIt d_first );三个参数：源区间的起始、结束，以及目标区间的起始。嗯，这里要注意——目标区间必须有足够的空间，否则就是越界访问，程序直接崩给你看。
copy 不会自动扩容，你得提前 resize 或者用 back_inserter。
看个例子：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
int main() {
std::vector<int> src = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> dst;
// 错误做法：dst 是空的，直接 copy 会越界
// std::copy(src.begin(), src.end(), dst.begin());
// 正确做法一：提前分配空间
dst.resize(src.size());
std::copy(src.begin(), src.end(), dst.begin());
// 正确做法二：用 back_inserter 自动扩容
std::vector<int> dst2;
std::copy(src.begin(), src.end(), std::back_inserter(dst2));
for (int v : dst2) std::cout << v << " ";
return 0;
}我个人习惯用 back_inserter，省心。但如果你对性能有极致要求，提前 resize 再 copy 会少几次内存分配，稍微快一点。
12.2 replace：精准替换
replace 干的事很简单：把区间里所有等于某个值的元素，换成另一个值。原型：
void replace( ForwardIt first, ForwardIt last,
const T& old_value, const T& new_value );它直接在原容器上修改，不会生成新容器。你想想看，这跟 copy 配合 replace_copy 的区别就出来了——replace 是原地改，replace_copy 是边复制边改，原数据不变。
replace 一行代码搞定，比手写循环清爽多了。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> data = {1, 2, 3, 2, 4, 2, 5};
// 把所有 2 替换成 99
std::replace(data.begin(), data.end(), 2, 99);
for (int v : data) std::cout << v << " "; // 输出: 1 99 3 99 4 99 5
return 0;
}12.3 replace_if：按条件替换
如果替换逻辑不是简单的「等于某个值」，而是「满足某个条件」，那就得上 replace_if。它接受一个一元谓词（返回 bool 的函数或 lambda），对每个元素判断，为 true 就替换。
void replace_if( ForwardIt first, ForwardIt last,
UnaryPredicate p, const T& new_value );举个例子，把 vector 里所有大于 3 的数换成 0：
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> data = {1, 5, 2, 8, 3, 7, 4};
// 把所有大于 3 的元素替换成 0
std::replace_if(data.begin(), data.end(),
[](int x) { return x > 3; }, 0);
for (int v : data) std::cout << v << " "; // 输出: 1 0 2 0 3 0 0
return 0;
}replace_if。这样代码可读性更好，也方便单元测试。
12.4 swap：交换两个容器的灵魂
swap 可能是这四个里最不起眼但最实用的一个。它交换两个同类型容器的内容，时间复杂度是 O(1)——因为它只交换内部指针，不复制元素。
void swap( T& a, T& b );几乎所有 STL 容器都重载了 swap，包括 vector、string、map 等等。我建议你养成习惯：需要交换两个容器时，永远用 swap，别手写循环赋值。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
int main() {
std::vector<int> a = {1, 2, 3};
std::vector<int> b = {4, 5, 6, 7, 8};
std::swap(a, b); // 瞬间完成，不管容器多大
std::cout << "a size: " << a.size() << "\n"; // 5
std::cout << "b size: " << b.size() << "\n"; // 3
return 0;
}swap 交换后，迭代器和引用不会失效（对于大多数容器）。但如果你之前保存了指向容器元素的指针，交换后指针指向的内容就变了。我在项目中就因为这个查了半天 bug——交换了两个 vector，结果之前保存的指针指向了另一个容器的数据。
12.5 知识体系总览
下面这张图帮你理清这四个算法的关系和使用场景：
12.6 组合使用：copy + replace 的变体
有时候你既想保留原数据，又想得到一份替换后的副本。STL 贴心地提供了 replace_copy 和 replace_copy_if。它们把结果写到另一个容器，原数据纹丝不动。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iterator>
int main() {
std::vector<int> src = {1, 2, 3, 2, 4};
std::vector<int> dst;
// 复制的同时把 2 替换成 99
std::replace_copy(src.begin(), src.end(),
std::back_inserter(dst), 2, 99);
// src 不变: 1 2 3 2 4
// dst: 1 99 3 99 4
return 0;
}我个人觉得，replace_copy 比先 copy 再 replace 更优雅——一次遍历搞定，代码意图也更清晰。
12.7 性能小贴士
| 算法 | 时间复杂度 | 是否原地修改 | 适用容器 |
|---|---|---|---|
| copy | O(n) | 否（写入目标） | 所有支持迭代器的容器 |
| replace | O(n) | 是 | 所有支持迭代器的容器 |
| replace_if | O(n) | 是 | 所有支持迭代器的容器 |
| swap | O(1)（容器级别） | 是 | 所有 STL 容器 |
swap 是唯一选择。别用 assign 或逐元素复制，那会慢到让你怀疑人生。我记得有一次优化代码，把 a = b 改成 swap(a, b)，性能直接提升了两个数量级。
好了，这四个算法其实都不复杂，但用好了能省不少事。你写代码时多想想：这个操作能不能用 STL 算法替代？如果能，就别手写循环。STL 算法经过了千锤百炼，比你手写的更健壮、更高效。