读入、输出优化
在默认情况下， std::cin/std::cout 是极为迟缓的读入/输出方式，而 scanf/printf 比 std::cin/std::cout 快得多。
可是为什么会这样呢？有没有什么办法解决读入输出缓慢的问题呢？
关闭同步/解除绑定
std::ios::sync_with_stdio(false)
这个函数是一个“是否兼容 stdio”的开关，C++ 为了兼容 C，保证程序在使用了 printf 和 std::cout 的时候不发生混乱，将输出流绑到了一起。
这其实是 C++ 为了兼容而采取的保守措施。我们可以在进行 IO 操作之前将 stdio 解除绑定，但是在这样做之后要注意不能同时使用 std::cin/std::cout 和 scanf/printf 。
tie
tie 是将两个 stream 绑定的函数，空参数的话返回当前的输出流指针。
在默认的情况下 std::cin 绑定的是 std::cout ，每次执行 << 操作符的时候都要调用 flush() ，这样会增加 IO 负担。可以通过 std::cin.tie(0) （0 表示 NULL）来解除 std::cin 与 std::cout 的绑定，进一步加快执行效率。
代码实现
std::ios::sync_with_stdio(false);
std::cin.tie(0);
// 如果编译开启了 C++11 或更高版本，建议使用 std::cin.tie(nullptr);
读入优化
scanf 和 printf 依然有优化的空间，这就是本章所介绍的内容——读入和输出优化。
- 注意，本页面中介绍的读入和输出优化均针对整型数据，若要支持其他类型的数据（如浮点数），可自行按照本页面介绍的优化原理来编写代码。
原理
众所周知， getchar 是用来读入 1 byte 的数据并将其转换为 char 类型的函数，且速度很快，故可以用“读入字符——转换为整型”来代替缓慢的读入
每个整数由两部分组成——符号和数字
整数的 '+' 通常是省略的，且不会对后面数字所代表的值产生影响，而 '-' 不可省略，因此要进行判定
10 进制整数中是不含空格或除 0~9 和正负号外的其他字符的，因此在读入不应存在于整数中的字符（通常为空格）时，就可以判定已经读入结束
C 和 C++ 语言分别在 ctype.h 和 cctype 头文件中，提供了函数 isdigit , 这个函数会检查传入的参数是否为十进制数字字符，是则返回 true ，否则返回 false 。对应的，在下面的代码中，可以使用 isdigit(ch) 代替 ch >= '0' && ch <= '9' ，而可以使用 !isdigit(ch) 代替 ch <'0' || ch> '9'
代码实现
int read() {
int x = 0, w = 1;
char ch = 0;
while (ch < '0' || ch > '9') { // ch 不是数字时
if (ch == '-') w = -1; // 判断是否为负
ch = getchar(); // 继续读入
}
while (ch >= '0' && ch <= '9') { // ch 是数字时
x = x * 10 + (ch - '0'); // 将新读入的数字’加’在 x 的后面
// x 是 int 类型，char 类型的 ch 和 ’0’ 会被自动转为其对应的
// ASCII 码，相当于将 ch 转化为对应数字
// 此处也可以使用 (x<<3)+(x<<1) 的写法来代替 x*10
ch = getchar(); // 继续读入
}
return x * w; // 数字 * 正负号 = 实际数值
}
- 举例
读入 num 可写为 num=read();
输出优化
原理
同样是众所周知， putchar 是用来输出单个字符的函数
因此将数字的每一位转化为字符输出以加速
要注意的是，负号要单独判断输出，并且每次 %（mod）取出的是数字末位，因此要倒序输出
代码实现
int write(int x) {
if (x < 0) { // 判负 + 输出负号 + 变原数为正数
x = -x;
putchar('-');
}
if (x > 9) write(x / 10); // 递归，将除最后一位外的其他部分放到递归中输出
putchar(x % 10 + '0'); // 已经输出（递归）完 x 末位前的所有数字，输出末位
}
但是递归实现常数是较大的，我们可以写一个栈来实现这个过程
inline void write(int x) {
static int sta[35];
int top = 0;
do {
sta[top++] = x % 10, x /= 10;
} while (x);
while (top) putchar(sta[--top] + 48); // 48 是 '0'
}
- 举例
输出 num 可写为 write(num);
更快的读入/输出优化
通过 fread 或者 mmap 可以实现更快的读入。其本质为一次性将输入文件读入一个巨大的缓存区，如此比逐个字符读入要快的多 ( getchar , putchar ）。因为硬盘的多次读写速度是要慢于内存的，所以先一次性读到缓存区里再从缓存区读入要快的多。
更通用的是 fread ，因为 mmap 不能在 Windows 环境下使用。
fread 类似于参数为 "%s" 的 scanf ，不过它更为快速，而且可以一次性读入若干个字符（包括空格换行等制表符），如果缓存区足够大，甚至可以一次性读入整个文件。
对于输出，我们还有对应的 fwrite 函数
std::size_t fread(void* buffer, std::size_t size, std::size_t count,
std::FILE* stream);
std::size_t fwrite(const void* buffer, std::size_t size, std::size_t count,
std::FILE* stream);
使用示例： fread(Buf, 1, SIZE, stdin) ，表示从 stdin 文件流中读入 SIZE 个大小为 1 byte 的数据块到 Buf 中。
读入之后的使用就跟普通的读入优化相似了，只需要重定义一下 getchar。它原来是从文件中读入一个 char，现在变成从 Buf 中读入一个 char，也就是头指针向后移动一位。
char buf[1 << 20], *p1, *p2;
#define gc() \
(p1 == p2 && (p2 = (p1 = buf) + fread(buf, 1, 1 << 20, stdin), p1 == p2) \
? EOF \
: *p1++)
fwrite 也是类似的，先放入一个 OutBuf[MAXSIZE] 中，最后通过 fwrite 一次性将 OutBuf 输出。
参考代码：
namespace IO {
const int MAXSIZE = 1 << 20;
char buf[MAXSIZE], *p1, *p2;
#define gc() \
(p1 == p2 && (p2 = (p1 = buf) + fread(buf, 1, MAXSIZE, stdin), p1 == p2) \
? EOF \
: *p1++)
inline int rd() {
int x = 0, f = 1;
char c = gc();
while (!isdigit(c)) {
if (c == '-') f = -1;
c = gc();
}
while (isdigit(c)) x = x * 10 + (c ^ 48), c = gc();
return x * f;
}
char pbuf[1 << 20], *pp = pbuf;
inline void push(const char &c) {
if (pp - pbuf == 1 << 20) fwrite(pbuf, 1, 1 << 20, stdout), pp = pbuf;
*pp++ = c;
}
inline void write(int x) {
static int sta[35];
int top = 0;
do {
sta[top++] = x % 10, x /= 10;
} while (x);
while (top) push(sta[--top] + '0');
}
} // namespace IO
输入输出的缓冲
printf 和 scanf 是有缓冲区的。这也就是为什么，如果输入函数紧跟在输出函数之后/输出函数紧跟在输入函数之后可能导致错误。
刷新缓冲区
- 程序结束
- 关闭文件
printf输出\r或者\n到终端的时候（注：如果是输出到文件，则不会刷新缓冲区）- 手动
fflush() - 缓冲区满自动刷新
cout输出endl
使输入输出优化更为通用
如果你的程序使用多个类型的变量，那么可能需要写多个输入输出优化的函数。下面给出的代码使用 C++ 中的 template 实现了对于所有整数类型的输入输出优化。
template <typename T>
inline T
read() { //声明 template 类,要求提供输入的类型T,并以此类型定义内联函数 read()
T sum = 0, fl = 1; //将 sum,fl 和 ch 以输入的类型定义
int ch = getchar();
for (; !isdigit(ch); ch = getchar())
if (ch == '-') fl = -1;
for (; isdigit(ch); ch = getchar()) sum = sum * 10 + ch - '0';
return sum * fl;
}
如果要分别输入 int 类型的变量 a， long long 类型的变量 b 和 __int128 类型的变量 c，那么可以写成
a = read<int>();
b = read<long long>();
c = read<__int128>();
完整带调试版
关闭调试开关时使用 fread() , fwrite() ，退出时自动析构执行 fwrite() 。
开启调试开关时使用 getchar() , putchar() ，便于调试。
若要开启文件读写时，请在所有读写之前加入 freopen() 。
// #define DEBUG 1 //调试开关
struct IO {
#define MAXSIZE (1 << 20)
#define isdigit(x) (x >= '0' && x <= '9')
char buf[MAXSIZE], *p1, *p2;
char pbuf[MAXSIZE], *pp;
#if DEBUG
#else
IO() : p1(buf), p2(buf), pp(pbuf) {}
~IO() { fwrite(pbuf, 1, pp - pbuf, stdout); }
#endif
inline char gc() {
#if DEBUG //调试，可显示字符
return getchar();
#endif
if (p1 == p2) p2 = (p1 = buf) + fread(buf, 1, MAXSIZE, stdin);
return p1 == p2 ? ' ' : *p1++;
}
inline bool blank(char ch) {
return ch == ' ' || ch == '\n' || ch == '\r' || ch == '\t';
}
template <class T>
inline void read(T &x) {
register double tmp = 1;
register bool sign = 0;
x = 0;
register char ch = gc();
for (; !isdigit(ch); ch = gc())
if (ch == '-') sign = 1;
for (; isdigit(ch); ch = gc()) x = x * 10 + (ch - '0');
if (ch == '.')
for (ch = gc(); isdigit(ch); ch = gc())
tmp /= 10.0, x += tmp * (ch - '0');
if (sign) x = -x;
}
inline void read(char *s) {
register char ch = gc();
for (; blank(ch); ch = gc())
;
for (; !blank(ch); ch = gc()) *s++ = ch;
*s = 0;
}
inline void read(char &c) {
for (c = gc(); blank(c); c = gc())
;
}
inline void push(const char &c) {
#if DEBUG //调试，可显示字符
putchar(c);
#else
if (pp - pbuf == MAXSIZE) fwrite(pbuf, 1, MAXSIZE, stdout), pp = pbuf;
*pp++ = c;
#endif
}
template <class T>
inline void write(T x) {
if (x < 0) x = -x, push('-'); // 负数输出
static T sta[35];
T top = 0;
do {
sta[top++] = x % 10, x /= 10;
} while (x);
while (top) push(sta[--top] + '0');
}
template <class T>
inline void write(T x, char lastChar) {
write(x), push(lastChar);
}
} io;
参考
http://www.hankcs.com/program/cpp/cin-tie-with-sync_with_stdio-acceleration-input-and-output.html
http://meme.biology.tohoku.ac.jp/students/iwasaki/cxx/speed.html
