【2024最新】C++读写优化超详细解析（cin优化+普通快读+fread）_输入输出优化_快读快写

【2024最新】C++读写优化超详细解析（cin优化+普通快读+fread）_输入输出优化_快读快写_算法竞赛

在算法竞赛中，读入速度和输出速度一直是卡常的重要手段。也有不少人经历过被题目卡 cin 的情况。今天我给大家介绍一下算法竞赛中常用的读写方法及其优化。

声明：大部分情况下，只用读入优化就行。对于输出量大的题目再考虑使用输出优化。

一、scanf/printf

这两个函数来源于传统的 C，在 <stdio.h> 和 <cstdio>（仅 C++）中。使用方法：scanf("%占位符",&var); printf("%占位符\n",var);。这样比传统的 cin/cout 快，但由于书写复杂而很少被人采用。

scanf/printf 用法参考文章：详解c++中scanf和printf用法

二、cin/cout 优化

cin 和 cout是 C++ 的标准输入输出流，在 <iostream> 头文件中，使用方法也十分简单：cin>>var; cout<<var<<endl; 所以深受人们的喜爱。
在时间要求不高的题目中，用它们既省事，又可以让代码更美观。

缺点：cin/cout 在不加优化的情况下速度慢于 scanf 和 printf。

原因：C++ 为了和 C 保持同步、在混用 printf&scanf 和 cin&cout时的时候不发生混乱，将它的输入/输出流绑到了一起。

解决方案：可以手动关闭同步，从而提高 cin 和 cout 的效率。std::ios::sync_with_stdio(false); 同时，还可以通过std::cin.tie(nullptr); 来解除 cin 和 cout之间的绑定，进一步减轻 cin 的负担。

cin/cout 用法：C++ 基础的输入输出介绍：掌握cin与cout的奥秘

三、endl 优化

有一个被人忽略的“大杀手”：endl。这一个语句和 \n 的效果相同，但更方便书写，因此被人们广泛采用。其实它的速度也特别慢。可能会导致某些题目超时。

原因：endl 输出时会清空缓冲区，这是为了让用户能及时看到输出，但会拖慢速度。并且由于它本身的功能定义，很难进行优化。

解决方案：~~打不过就不用呗~~ 对于输出量大且需要换行的题目，使用 endl 有超时的风险，建议使用 cout<<'\n'。（平常刷题也建议用 \n，比较保险）

在实测中，C++14 的版本下，cin/cout 优化 + endl 优化的速度已经远快于 scanf/printf，建议在新评测机上使用上面两种方法优化。

#include<iostream>
using namespace std;
int a[105];
int main(){ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(nullptr); cout.tie(nullptr);int n;cin>>n;for(int i=1;i<=n;i++){cin>>a[i];}for(int i=1;i<=n;i++){cout<<"a["<<i<<"]="<<a[i]<<"\n";}return 0;
}

四、传统快读、快写

原理：单个字符的输入输出速度要比读入数字快，因此我们以字符的形式先读入，然后处理计算转为数字，再用字符输出。

关于 isdigit()

在判断某个字符是不是整数时用的 isdigit() 函数，在不同编译器上的速度不一样。

在这篇文章中的测试结果：自己写比 VS 中的 isdigit() 快，但比 g++ 中的 isdigit() 慢。而且 g++ 中的 isdigit() 比 VS 中的 isdigit() 更快。

这篇文章给我们展示了 Linux 内核中该函数王者级别的实现，大家可以学习。

自己写的话：

#define my_isdigit(c) ( (c)>='0'&&(c)<='9' ) // C语言
inline bool my_isdigit(char c){ return (c>='0'&&c<='9'); } // C++

快读

原理是先用单个字符读入所有零散的数字，再拼起来。拼数和判断字符见这篇文章。

template<typename T>
inline void read(T &x){T w=1; x=0; char c=getchar(); while(!isdigit(c)){ if(c=='-'){w=-1;} c=getchar();}  while(isdigit(c)){ x=x*10+(c-'0'); c=getchar();} x=x*w;
}

快写

原理是把原来完整的数字拆成一个个字符输出。用递归的常数会略大，可以用模拟栈的方法时限。

递归代码：

template<typename T>
inline void write(T x){if(x<0){ putchar('-'); x=-x;}if(x>=10){ write(x/10);}write(x%10+'0'); //+'0'是为了让数字类型的x%10变成字符输出
}

模拟栈代码：（不能用模板了，要自己指定类型）

inline void write(int x){static int st[35] = {0}; // int 最多32位int top = 0; // 指向栈顶的指针do{st[top++]=x%10;x/=10;}while(x>0);while(top>0){ putchar(st[--top]+'0');}
}

这里有一个细节，把 st 数组声明为 static 静态类型，可以在申请空间时只申请一次，同时降低常数。static 关键字详细用法见这篇文章。

五、位运算优化快读、快写

原理：通过位运算加速拼数、取数及转换数字的过程。

实现如下：

template<typename T>
inline void read(T &x){T w=1; x=0; char c=getchar(); while(!isdigit(c)){ w|=(c=='-'); c=getchar();}  while(isdigit(c)){ x=(x<<1)+(x<<3)+(c^48); c=getchar();} x=x*w;
}template<typename T>
inline void write1(T x){if(x<0){ putchar('-'); x=(~x)+1;}if(x>=10){ write(x/10);}write(x%10^48); //+'0'是为了让数字类型的x%10变成字符输出
}inline void write2(int x){static int st[35] = {0}; // int 最多32位int top = 0; // 指向栈顶的指针do{st[top++]=x%10;x/=10;}while(x>0);while(top>0){ putchar(st[--top]^48);}
}

上面一些位运算优化的解释参见：这篇文章

六、优化快读、快写 plus

原理：使用 C 中的 fread() 和 fwrite() 函数，把数据当作字符串直接从文件中读入/向文件中输出。加快 getchar() 函数。
注：文件也可以是标准输入输出流 stdin、stdout。

fread、fwrite 用法

fread 函数：从一个文件流中读取数据
函数原型如下：

size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream);-- buffer:指向数据块的指针，读取的数据存储在此-- size:每个数据的大小，单位为Byte 例如：sizeof(int)就是4-- count:要读入的数据个数-- stream:文件指针，指向要读入的数据

fwrite 函数：将一块内存区域中的数据写入到本地文本
函数原型如下：

size_t fwrite(const void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);-- buffer:指向数据块的指针，待写入的数据存储在此-- size:每个数据的大小，单位为Byte 例如：sizeof(int)就是4-- count:要写入数据个数-- stream:文件指针，指向待写入的数据

拓展：两个函数随着传入参数不同，返回值的意义也不同。

fread(buf,sizeof(buf),1,file)：读取数据量正好是 sizeof(buf) 个 Byte 时，返回值为 1（为 count）。
fread(buf,1,sizeof(buf),file)：读取成功返回值为实际读入的数据个数（单位为Byte）。
fwrite(buf,sizeof(buf),1,file)：成功写入返回值为 1（为 count）。
fwrite(buf,1,sizeof(buf),file)：成功写入则返回实际写入的数据个数（单位为Byte）。

更具体的详细用法参见这篇文章。

优化快读

char buf[1<<20],*p1,*p2;
#define gc() (p1 == p2 && (p2 = (p1 = buf) + fread(buf,1,1<<20,stdin), p1 == p2) ? 0 : *p1++)
template <typename T>
inline void read(T &x){T w=1; x=0;char c=gc();while(!isdigit(c)){ w|=(c=='-'); c=gc();}while(isdigit(c)){ x=(x<<1)+(x<<3)+(c^48); c=gc();}  x=x*w; 
}

优化快写

int sta[30];
char buf[1<<20], pbuf[1<<20], *p = pbuf, *s = buf, *t = buf;#define put1(ch) (p - pbuf == bsiz ? fwrite(pbuf, 1, bsiz, stdout), p = pbuf, *p++ = ch : *p++ = ch)inline void putint(int x){register int top = 0;if (x<0) pu1t('-'), x = -x;do{sta[top++]=x%10;x/=10;}while(x>0);while (top) put1(sta[--top]^48);
}