NOIP比賽中如何加速c++的輸入輸出

#NOIP比賽中如何加速c++的輸入輸出

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在競賽中，遇到大數據時，往往需要更快的讀取方式。由於比賽中輸出一般規模較小,本文只討論輸入如何加速.
現在我們生成1000000個隨機數，構成1000*1000的矩陣，然後輸入比較時間（Win 10系統）

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<ctime>
using namespace std;
int main(){
	srand((unsigned)time(NULL));
	freopen("out1.txt","w",stdout);
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		for(int j=1;j<=1000;j++){
			cout<<rand()<<' ';
		}
		cout<<endl;
	}
}

##cin的速度

在比賽中，經常出現數據集超大造成 cin TLE的情況。這時候大部分人（包括原來我也是）認爲這是cin的效率不及scanf的錯

準確的說，cin在不優化的情況下效率是很低的，我們來測試一下

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
int a[1005][1005];
int main(){
	freopen("out1.txt","r",stdin);
	double s=clock();
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		for(int j=1;j<=1000;j++){
			cin>>a[i][j];
		}
	}
	printf("time used=%.3fs\n",double(clock()-s)/CLOCKS_PER_SEC);
}

可以看出，cin的用時達到了驚人的0.763s!!!假如運行時間限制爲1s,那麼程序只剩下0.3秒來計算，是極容易TLE的
因此，遇到大數據時儘量避免用cin
有博客提到：

默認的時候，cin與stdin總是保持同步的，也就是說這兩種方法可以混用，而不必擔心文件指針混亂，同時cout和stdout也一樣，兩者混用不會輸出順序錯亂。正因爲這個兼容性的特性，導致cin有許多額外的開銷，如何禁用這個特性呢？只需一個語句std::ios::sync_with_stdio(false);，這樣就可以取消cin與stdin的同步了

其實還有一個等價的寫法

cin.tie(0);//取消cin的同步
cout.tie(0);//取消cout的同步

我們來驗證一下：

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
int a[1005][1005];
int main(){
	freopen("out1.txt","r",stdin);
	std::ios::sync_with_stdio(false);//優化
	double s=clock();
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		for(int j=1;j<=1000;j++){
			cin>>a[i][j];
		}
	}
	printf("time used=%.3fs\n",double(clock()-s)/CLOCKS_PER_SEC);
}

時間變成了0.173s，相比cin是飛躍性的優化
但是別急着高興，本人親測，在NOIP的評測機上這樣子會爆0
因此，noip比賽中堅決不要寫std::ios::sync_with_stdio(false)
爆0的原因如下
noip明確要求使用freopen,而freopen是stdio庫中的,既然我們已經取消了iostream和stdio的同步,這樣會造成文件指針混亂,進而導致RE

##scanf的速度
既然noip比賽中堅決不要寫std::ios::sync_with_stdio(false)，那麼我們可以用scanf

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
int a[1005][1005];
int main(){
	freopen("out1.txt","r",stdin);
	double s=clock();
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		for(int j=1;j<=1000;j++){
			scanf("%d",&a[i][j]);
		}
	}
	printf("time used=%.3fs\n",double(clock()-s)/CLOCKS_PER_SEC);
}

時間變成了0.641s，相比無優化的cin還是較快的

##手寫快速讀入的速度
我們知道，getchar的速度是很快的，但它只能讀取單個字符，因此，我們通過將字符轉爲整型來優化，同理可以轉成long long
快速讀入的代碼NOIP初賽曾經考過

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
int a[1005][1005];
inline int read(){//非常重要的快速讀入代碼
	int x=0,sign=1;
	char c=getchar();
	while(c>'9'||c<'0'){//判斷符號
		if(c=='-') sign=-1;
		c=getchar();
	}
	while(c>='0'&&c<='9'){//轉換數
		x=x*10+c-'0';
		c=getchar();
	}
	return x*sign;
}
int main(){
	freopen("out1.txt","r",stdin);
	double s=clock();
	for(int i=1;i<=1000;i++){
		for(int j=1;j<=1000;j++){
			a[i][j]=read();
		}
	}
	printf("time used=%.3fs\n",double(clock()-s)/CLOCKS_PER_SEC);
}

運行後的結果如下：

現在這個方法只需0.163s,比其他的方法都快，而且不會在評測機上出現問題，並且也沒有調用許多函數
遇到數據量大的題，儘量用手寫的快速讀入來讀取

##總結

1. 遇到大數據時儘量避免用cin
2. noip比賽中堅決不要寫std::ios::sync_with_stdio(false)來優化cin
3. 如果是double或輸入格式較複雜用scanf
4. 遇到數據量大的題，且是long long或int，儘量用手寫的快速讀入來讀取