NOIP比赛中如何加速c++的输入输出

NOIP比赛中如何加速c++的输入输出

在竞赛中，遇到大数据时，往往需要更快的读取方式。由于比赛中输出一般规模较小,本文只讨论输入如何加速.
现在我们生成1000000个随机数，构成1000*1000的矩阵，然后输入比较时间（Win 10系统）

#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

在比赛中，经常出现数据集超大造成 cin TLE的情况。这时候大部分人（包括原来我也是）认为这是cin的效率不及scanf的错

准确的说，cin在不优化的情况下效率是很低的，我们来测试一下

#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的用时达到了惊人的0.763s!!!假如运行时间限制为1s,那么程序只剩下0.3秒来计算，是极容易TLE的
因此，遇到大数据时尽量避免用cin
有博客提到：

默认的时候，cin与stdin总是保持同步的，也就是说这两种方法可以混用，而不必担心文件指针混乱，同时cout和stdout也一样，两者混用不会输出顺序错乱。正因为这个兼容性的特性，导致cin有许多额外的开销，如何禁用这个特性呢？只需一个语句std::ios::sync_with_stdio(false);，这样就可以取消cin与stdin的同步了

其实还有一个等价的写法

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

我们来验证一下：

#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);//优化
    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);
}

时间变成了0.173s，相比cin是飞跃性的优化
但是别急着高兴，本人亲测，在NOIP的评测机上这样子会爆0
因此，noip比赛中坚决不要写std::ios::sync_with_stdio(false)
爆0的原因如下
noip明确要求使用freopen,而freopen是stdio库中的,既然我们已经取消了iostream和stdio的同步,这样会造成文件指针混乱,进而导致RE

scanf的速度

既然noip比赛中坚决不要写std::ios::sync_with_stdio(false)，那么我们可以用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);
}

时间变成了0.641s，相比无优化的cin还是较快的

手写快速读入的速度

我们知道，getchar的速度是很快的，但它只能读取单个字符，因此，我们通过将字符转为整型来优化，同理可以转成long long
快速读入的代码NOIP初赛曾经考过

#include<iostream>
#include<cstdio>
#include<ctime>
using namespace std;
int a[1005][1005];
inline int read(){//非常重要的快速读入代码
    int x=0,sign=1;
    char c=getchar();
    while(c>'9'||c<'0'){//判断符号
        if(c=='-') sign=-1;
        c=getchar();
    }
    while(c>='0'&&c<='9'){//转换数
        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);
}

运行后的结果如下：

现在这个方法只需0.163s,比其他的方法都快，而且不会在评测机上出现问题，并且也没有调用许多函数
遇到数据量大的题，尽量用手写的快速读入来读取

总结

1. 遇到大数据时尽量避免用cin
2. noip比赛中写std::ios::sync_with_stdio(false)时，不能把scanf,printf和cin,cout混用
3. 如果是double或输入格式较复杂用scanf
4. 遇到数据量大的题，且是long long或int，尽量用手写的快速读入来读取