读入输出优化
转载：大佬博客
IO（读入/输出）优化是很实用&简单的常数优化 （卡常技巧 。C++为了兼容性导致cin、cout慢过天际，对于大量数据的读入和输出往往不堪重负。这个时候使用读入优化、输出优化可以节省数倍的时间。
很多人说Pascal读入快。其实Pascal的读入只比普通cin快（这点确实是碾压），在很多时候并不如scanf和关闭流同步的cin。
本文旨在介绍与操作系统无关的我会的C++的IO优化，因此Linux平台下的mmap优化不作讨论。
本文中所有读入优化、输出优化只适用于整数。由于实数读入优化/输出优化适用范围不广、效率不高，本文不作讨论。但如果你读完并理解本文，是可以写出好的实数读入优化/输出优化来的。只需要在原来的基础上处理小数点即可，留给读者自行思考。
本文中所有的代码均在luoguOJ、Windows上通过编译和测试。如果你的程序无法通过编译，可能是你把本文各部分拼凑起来导致重名了。
本文中所有的 读优 、 输优 均指 读入优化 、 输出优化 。就是不想叫快读
由于一些东西是挺久之前写的，所以可能码风什么的不一样，不要见怪。
文章目录：
一、基本读入优化
二、对于不定参数的读优重载
三、基于fread的读入优化
四、输出优化
五、基于streambuf的IO优化
六、注意事项
七、关于竞赛
八、IO优化的弊端
一、基本读入优化
其实应该是谁都会的。防止萌新不知道凑字数还是写一下，大佬可以跳过该部分。
大佬为什么要看这种东西
先不解释，上代码。 给出最简单的读入优化：
inline int redn() { int ret=0,f=1;char ch=getchar(); while (ch<'0'||ch>'9') {if (ch=='-') f=-f;ch=getchar();} while (ch>='0'&&ch<='9') ret=ret*10+ch-'0',ch=getchar(); return ret*f; }
也可以这样写方便重载:
inline int redn(int& ret) { ret=0,f=1;char ch=getchar(); while (ch<'0'||ch>'9') {if (ch=='-') f=-f;ch=getchar();} while (ch>='0'&&ch<='9') ret=ret*10+ch-'0',ch=getchar(); ret*=f; }
当然也可以传指针进去······反正差不多，再写就没意思了。
优化核心在于getchar的速度很快。（头文件<cstdio>）
原理我想大家应该都懂吧。先一直读入字符直到出现数字，再一直读入数字同时累乘直到读入的不是数字。可以用isdigit写。（头文件<cctype>）
有人说可以用位运算累乘。但是你如果懂一点汇编就知道这是没有区别的。
二、对于不定参数的读优重载
也可以叫可变参数、可变长参数。
需要C++ 11
怎么看是否支持C++ 11？包括luogu、codeforce等各大OJ都是支持的。本机支持不支持编译一下能通过就是支持。说到codeforce，据说在它上面cin比scanf快？
能不能提速这个不好说啊······反正用起来更方便是真的。
先上代码：
#include <iostream> #include <cstdio> #include <cctype> #define ri register int using namespace std; template <typename T>inline void redi(T& t) { ri c=getchar();t=0; while(!isdigit(c))c=getchar(); while(isdigit(c))t=t*10+c-48,c=getchar(); } template <typename T,typename... Args> inline void redi(T& t, Args&... args) { redi(t);redi(args...); } int main (int argc,char const * argv[]) { int a,b,c,d; redi(a,b,c,d); cout<<a+b+c+d<<endl; return 0; }
用来读无符号整数，要读负数的话稍微改一下第一个函数就好（见【基本读入优化】）。
首先你要知道什么是template。
代码中template <typename T>前缀表示一个类型。换句话说，你传入的t是int类型变量，T就表示int；如果传入的t是long long类型的，T就是long long。
第二个函数是第一个函数的重载。主要是typename... Args的问题吧。这个表示不定参。就是不确定有多少个参数。
可能讲的不是很清楚，但你自己用GDB跑一遍肯定就完全理解了。
或者去微软的MSDN上看看：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/dn439779.aspx
还有一个用var_list的版本，但没这个简单，有兴趣的可以自己了解一下（比如可以去看看printf函数的定义）。这里就不作讨论了。
三、基于fread的读入优化
考虑到getchar的速度还是不够快，我们可以使用fread（头文件<cstdio>）来优化getchar，代码如下：
#define getchar()(p1==p2&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,1<<21,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++)
char buf[1<<21],*p1=buf,*p2=buf;然后可以直接使用前文所述的读优。
打成三目运算符可能不太好理解哈。
关于逗号“,”，不理解的话看这个例子：return 1,2,3,4最终返回的是4，也就是最后一个。还需要注意，&&是“短路运算符”，一旦当前值为假就不会继续往后执行，直接返回。
所以这句话的意思是：设置头指针p1和尾指针p2，fread一次读入1<<21个字符存在buf里，然后用p1来调用；当p1撞到p2时再次用fread读入1<<21个字符······
因此优化原理就是让fread一次性读入大量数据，再让getchar直接调用内存，如果刚开始读的不够多那就再调用fread读入数据，直到文件的末尾。要注意fread是很快的。
后文中的输优也差不多是这样的。
fread函数的用法很简单，这里不再赘述了。百度搜索关键词：fread、fread返回值、fread的用法。
当然过多的宏定义很危险，所以也可以直接这样写成函数：
char buf[1<<21],*p1=buf,*p2=buf; inline int getc(){ return p1==p2&&(p2=(p1=buf)+fread(buf,1,1<<21,stdin),p1==p2)?EOF:*p1++; } inline int redi() { int ret = 0,f = 0;char ch = getc(); while (!isdigit (ch)) { if (ch == '-') f = 1; ch = getc(); } while (isdigit (ch)) { ret = ret * 10 + ch - 48; ch = getc(); } return f?-ret:ret; }
其实差不多吧
buf数组开大一点吧，太小的话读入不够快。
注意isdigit函数需要头文件cctype。
不定参数重载版本前面介绍过方法，就不写了。
注意
本机调试前请先检查你的电脑上的fread是否能读入数据！
检查代码：
#include <bits/stdc++.h> using namespace std; char buf[10]; int main() { fread(buf,1,sizeof(buf),stdin); cout << ferror(stdin) << endl; return 0; }
随便输入一堆字，以回车+Ctrl+Z+回车结尾。如：123456+回车+Ctrl+Z+回车。
如果输出不是零，那么你的fread出锅了。
解决方法？我也不大清楚。这个问题是我在用云端电脑进行调试的时候遇到的。应该不常见的。
换一台电脑就好了
当然也可以用gdb调。
四、输出优化
说了这么多读入优化，那么输出优化呢？
按照刚才的思路，可以用putchar（头文件<cstdio>）来优化。然而单纯使用putchar来优化还没有printf快。
不过还是给出输出优化的代码：
void wrtn(int x){ if(x<0) {putchar('-');x=-x;} int y=10,len=1; while(y<=x) {y*=10;len++;} while(len--){y/=10;putchar(x/y+48);x%=y;} }
既然不够快，给出有什么用？因为我们可以用fwrite（头文件<cstdio>）来优化putchar，这样就能比printf快了 滑稽
代码如下：
char buf[1<<21],a[20];int p,p2=-1; inline void flush() { fwrite (buf,1,p2+1,stdout),p2=-1; } inline void print(int x) { if (p2>1<<20) flush(); if (x<0) buf[++p2]=45,x=-x; do { a[++p]=x%10+48; }while(x/=10); do { buf[++p2]=a[p]; }while(--p); buf[++p2]='\n';//按需要改，不要照抄 }
递归实现有点慢，所以改了下。
好像while语句也可以优化一下，懒得写了 留给读者思考。
然后就好像看不出是优化putchar了
就是把要输出的东西全部放起来，到一定量时再输出。
在上文的例子中是以\n分隔输出的。使用时要按需要改。
在程序结束之前一定要再调用一次flush函数
为什么？其实看懂这个函数的人应该都知道，print函数中只有第一行（调用flush的那行）才有可能输出。
如果题目强制在线，在每个回答结束后都要调用flush。
平常的时候buf数组也是老规矩，稍微大点吧。
在使用以上代码进行调试或运行时，如果stdin没有重定向至文件，也就是在控制台进行输入时，需要在输出末尾加上回车+Ctrl+Z+回车结束输入（Windows操作系统下）。
五、基于streambuf的IO优化
如果你的电脑用不了fread的话这个好像也是不行的。。。
输入输出似乎已经不能再优化了。但是笔者在查询资料时发现了一种新的优化方法：使用iostream底层的streambuf进行优化。
（头文件当然是<iostream>）
原理还是用各种函数代替getchar、putchar，看完你就会发现和fread的版本没有本质上的区别，只不过这里是用streambuf类实现的。。。
streambuf的介绍篇幅过长，这里简单讲一下。streambuf可以看作一块缓冲区，用来存储数据。想要深入了解可以参考 这位大佬的博客 。
为了方便区分还是把两个streambuf分别取名为inbuf和outbuf吧。
所以下文中的static std::streambuf *inbuf = cin.rdbuf();相当于获取cin的缓存地址。注意static表示这是静态变量。
几个函数稍微提一下：
- 函数
sputc用法类似putchar：
outbuf -> sputc(const char ch);对，有sgetc函数的。
- 函数
sgetn
类似fread:
inbuf -> sgetn(char* buf, MAX_INPUT);本来要用类似fwrite的sputn的，但好像没有sputc快？
所以给出sputn格式，有兴趣的可以试一下：outbuf -> sputn(char* buf,max_output)
经过笔者的整理和封装后测试程序代码如下：
（感谢@学委 大佬指正【#include<cstdio> Needed】[2019.1.20]）
#include <iostream> #include <cstdio> #include <cctype> using namespace std; using std::cin; using std::cout; using std::endl; namespace IN { const int MAX_INPUT = 1000000; #define getc() (p1 == p2 && (p2 = (p1 = buf) + inbuf -> sgetn(buf, MAX_INPUT), p1 == p2) ? EOF : *p1++) char buf[MAX_INPUT], *p1, *p2; template <typename T> inline bool redi(T &x) { static std::streambuf *inbuf = cin.rdbuf(); x = 0; register int f = 0, flag = false; register char ch = getc(); while (!std::isdigit(ch)) { if (ch == '-') f = 1; ch = getc(); } if (std::isdigit(ch)) x = x * 10 + ch - '0', ch = getc(),flag = true; while (std::isdigit(ch)) { x = x * 10 + ch - 48; ch = getc(); } x = f ? -x : x ; return flag; } template <typename T,typename ...Args> inline bool redi(T& a,Args& ...args) { return redi(a) && redi(args...); } #undef getc } namespace OUT { template <typename T> inline void put(T x) { static std::streambuf *outbuf = cout.rdbuf(); static char stack[21]; static int top = 0; if (x < 0) { outbuf -> sputc('-'); x=-x; } if (!x) { outbuf -> sputc('0'); outbuf -> sputc('\n'); return; } while (x) { stack[++top] = x % 10 + '0'; x /= 10; } while (top) { outbuf -> sputc(stack[top]); -- top; } outbuf -> sputc('\n'); } inline void putc (const char ch) { static std::streambuf *outbuf = cout.rdbuf(); outbuf -> sputc(ch); } template <typename T> inline void put(const char ch,T x) { static std::streambuf *outbuf = cout.rdbuf(); static char stack[21]; static int top = 0; if (x < 0) { outbuf -> sputc('-'); x=-x; } if (!x) { outbuf -> sputc('0'); outbuf -> sputc(ch); return; } while (x) { stack[++top] = x % 10 + '0'; x /= 10; } while (top) { outbuf -> sputc(stack[top]); --top; } outbuf -> sputc(ch); } template<typename T,typename ...Args> inline void put(T a,Args ...args) { put(a);put(args...); } template<typename T,typename ...Args> inline void put(const char ch,T a,Args ...args) { put(ch,a);put(ch,args...); } } using IN::redi; using OUT::put; using OUT::putc; int main(int argc, char const *argv[]) { freopen("testdata.in","r",stdin); freopen("testdata.out","w",stdout); std::ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(NULL); cout.tie(NULL); int a,b; redi(a,b); put(' ',a,b); putc('\n'); put('\n',a,b,a+b,a*b); fclose(stdin);fclose(stdout); return 0; }
输入文件：
2 3输出文件：
2 3
2
3
5
6
同理，MAX_INPUT稍微大一点，空间不会爆的。
在控制台进行调试时不要忘了回车+Ctrl+Z+回车。
读优这种东西不懂的话GDB跑一遍嘛。。。
应该是比fread什么要快的。可能快的不明显，有些地方还可以再优化一下。
说明：
-
std::ios::sync_with_stdio(false); cin.tie(NULL); cout.tie(NULL);
这个都懂的吧，取消同步，取消绑定。用了之后快过scanf。但是不能再用cstdio了。
redi函数：
类似于scanf，只是不用加格式字符串。返回一个bool值，当且仅当所有数据读入成功时返回true，可以配合while使用。
putc函数：
用法同putchar。
put函数：
格式一：类似于printf，传入任意个变量，以\n分隔输出；
格式二：在格式一的基础上，传入一个常量字符，并以之为分隔输出。
- getc：
看到定义和上文的fread优化的应该都懂了吧。优化过的getchar。可以写成函数。
六、注意事项
关于streambuf优化：
- 类型
以上函数仅支持int、long long、unsigned long long等整形变量 。除redi函数外其余函数均无返回值。
- 速度
如果追求速度，请去掉redi的返回值，并删掉重载过的函数。也就是只用第一个redi和第一个put。而且如果读入数据没有负数的话可以稍作修改。
- 注意函数的命名
我记得C++是有一个函数叫read的。之所以没出问题可能是因为没有用到那个库、那个命名空间，或者因为参数数量不同直接被重载了。这就是为什么我的函数名···
- MAX_INPUT
MAX_INPUT尽量大一点。
其他：
- 再次提醒
使用std::ios::sync_with_stdio(false);之后不能用scanf等cstdio里的函数。
部分代码 需要C++ 11 。如果没有C++11，请把所有带args的函数删除。换句话说，不确定NOIP能不能用。
- 小数据
小数据（ 10^3103 个字符以内）的读入用上面的优化都有可能变慢。这个时候还是用scanf吧。
- 兼容性
除了最简单的读优和输优以外，使用读优之后会导致scanf、printf、getchar等函数不能使用
- luogu
有大佬说洛谷上计算程序的运行时间是看命令执行次数的，经过我自己的检验好像确实如此（检验方法：循环用register和不用做对比，多次测试取平均值）。不排除别的oj这样做的可能。那么这时候用任何的读优都有可能起反作用。但用cena、ccr之类的测评软件线下测评时是没有问题的。
七、关于竞赛
- C++ 11
主要是NOIP。
先看CCF官网上的资料：http://www.noi.cn/newsview.html?id=559&hash=E4E249&type=11。
只有一点点。。。不过可以看到C++的编译器是 GNU G++ 4.8.4。这个版本是支持C++11的。在笔者的Windows系统下不定参数重载能够通过编译（VSC编译命令："-g"," ${file}","-o","$ {fileBasenameNoExtension}.exe"）。然而你们自己编译过就知道编译器会有Warning。提示信息是：variadic templates only available with -std=c++11 or -std=gnu++11。什么意思呢？就是说只有在把标准设置成C++11或以上时才能通过编译。对于CCF的Linux电脑，我一无所知。所以不保证NOIP可以使用。如果有人因此造成的损失本人概不承担。
当然，NOI及以上的赛事、ACM等肯定是可以的。
其实不用根本没关系啊
- 其他
基本读优、fread读优，在考场上背都背得出来。相比之下streambuf读优看起来可能稍微繁琐一点。然而只是看起来而已。其实核心函数也就两个，按需求缩减一下不见得比fread版本长多少。
不过从另一个方面讲，fread读优已经很优了，在考场上完全够用（卡）。事实上，最基本的读优就足以应付NOIP等大部分竞赛（fread的出题人可以去世了卡）。但我们学习信息并不是完全为了竞赛啊，开阔一下视野总是好的。getchar的出题人在想什么
八、IO优化的弊端
IO优化很实用，然而其并非没有缺点。
基于fread的读入优化、基于streambuf的读入优化都需要一个buf数组。这是比较占内存的（如果你只开到5什么的话当我没说。而且除了最基本的读优输优以外，本文介绍的所有函数都会导致不兼容其他IO函数（输优要好一点）。不光是cstdio，cout等函数都不行。遇到读入数据有字符串的情况下，还需要自己再写一个函数。
当然最基本的读优完全没有问题，几乎能代替scanf进行整数读入。但在字符和数字混用时使用可能会出错，因为它会“吃掉”一个不是数字的字符。
不过毫无疑问，总的来说，IO优化的利是大于弊的。
