算法竞赛C++常用技巧——输入输出优化（防止TLE）

cin、cout优化

在默认情况下，​​std::cin/std::cout​​​ 是极为迟缓的输入/输出方式，而 ​​scanf/printf​​​ 比 ​​std::cin/std::cout​​​ 快得多。
可是为什么会这样呢？如果我更习惯使用C++的输出方式，那么有没有什么办法解决输入输出缓慢的问题呢？

这是因为在默认情况下，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。由于这个特性，所以导致cin和cout有许多额外的开销。

那么我们如何禁用这个特性呢？

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​​。更严格的来说：关闭之后C++ IO和C IO 两者不能混用，否则会造成IO混乱。

tie函数加速

还有一种影响速度的原因是：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。

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。 可以通过​​std::cin.tie(0) 和std:cout.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。

在这两种情况优化下，​​std::cin和std::cout​​​的速度就和​​scanf和printf​​基本一样了，甚至更快。

代码实现

std::ios::sync_with_stdio(false);
std::cin.tie(0); 
std::cout.tie(0);
//如果编译开启了 C++11 或更高版本，建议使用 std::cin.tie(nullptr);

注意：

scanf 和 printf 依然有优化的空间，这就是本章所介绍的内容——输入和输出优化。
注意，接下来介绍的输入和输出优化均针对整型数据（函数实现读写），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。

更快的输入优化getchar()

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’。

代码实现输入函数read()

int read() {
  int x = 0, w = 1;
  char ch = 0;
  //我们判断是否为十进制数字字符可以使用isdight()函数来判断，这里不再展示。
  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，我们输入结束标志为空格或回车。
    x = x * 10 + (ch - '0');  // 将新读入的数字’加’在 x 的后面
    // 此处也可以使用 (x<<3)+(x<<1) 的写法来代替 x*10 即：x=(x<<3)+(x<<1)+(ch-'0');用位运算效率更高，这里相当于x*8+x*2+(ch-'0');
    //利用ASCII码转换为对应数字。
    ch = getchar();  // 继续读入
  }
  return x * w;  // 数字 * 正负号 = 实际数值
}

• 举例：我们输入数据时可以这样调用read函数:​​num=read()​​。

更快的输出优化putchar()

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

递归版

void 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
}

由于递归的任务量比较大，我们可以利用栈来实现非递归。

非递归版

inline void write(int x) {
  static int sta[35];
  int top = 0;
  do {
    sta[top++] = x % 10, x /= 10;//将取出的元素入栈。
  } while (x);
  while (top) putchar(sta[--top] + 48);  //由于我们要输出字符，这里进行转换： 48 是 '0'
}

OK，这就是经典的输入输出的优化做法，通常cf榜上的大佬用的都是后面这种方法，这确实很快，比​​scanf和printf​​​快了约了吧。我自己常用的就是第一种优化方法，通常我会利用宏定义来避免这么繁琐，如：​​​#define IOS ios::sync_with_stdio(false);cin.tie(0); cout.tie(0)​​

那么，在主函数直接使用​​IOS;​​语句即可实现优化功能。