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wiki for OI / ACM-ICPC
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在默认情况下，`cin(cout)` 是极为迟缓的读入（输出）方式，而 `scanf(printf)` 比 `cin(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
### sync_with_stdio
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 `std::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 IO 之前将 stdio 解除绑定，这样做了之后要注意不要同时混用 `cout` 和 `printf` 之类
##
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 `cin` 绑定的是 `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`tie(0)`（0 表示 NULL）来解除 `cin` 与 `cout` 的绑定，进一步加快执行效率。
### 代码实现
```cpp
std::ios::sync_with_stdio(false);
std::cin.tie(0);
```
## 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，读入和输出优化均针对整数，不支持其他类型的数据
### 原理
众所周知，`getchar` 是用来读入 char 类型，且速度很快，用 “读入字符——转换为整形” 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
### 代码实现
```cpp
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<<3)+(x<<1)+ch-'0';//将新读入的数字’加’在x的后面
//x<<3==x*8 x<<1==x*2 所以(x<<3)+(x<<1)相当于x*10
//x是int 类型，char类型的ch和’0’会被自动转为其ASCII表中序号，相当于将ch转化为对应数字
ch=getchar();//继续读入
}
return x*w; //数字*正负号==实际数值
}
```
- 举例
读入 num 可写为 `num=read();`
## 输出优化
### 原理
同样是众所周知，`putchar` 是输出单个字符
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
```cpp
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
}
```
但是递归实现是很慢的，我们可以写一个栈来实现这个过程
```cpp
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。其本质为一次性读入一个巨大的缓存区，如此比一个一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，先一次性读到内存里在读入要快的多。
更通用的是 `fread`，因为 `mmap` 不能在 Windows 使用。
`fread`类似于`scanf("%s")`，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
```cpp
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, MAXSIZE, stdin)`，如此从 stdin 文件流中读入 MAXSIZE 个大小为 1 的字符到 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。
```cpp
char buf[1<<20], *p1, *p2;
```
`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：
```cpp
namespace IO {
const int MAXSIZE = 1 << 20;
char buf[MAXSIZE], *p1, *p2;
inline int rd() {
int x = 0, f = 1;char c=nc();
while(!isdigit(c)) {if(c == '-') f = -1; c = nc();}
while(isdigit(c)) x = (x<<1)+(x<<3)+(c^48), c = nc();
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');
}
}
```
## 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>