NO.31十六届蓝桥杯备战|输入时的特殊技巧|scanfprintf和cincout对比|ios::sync_with_stdio|cin.tie(0)(C++)

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/CoderZzz6310/article/details/146132079

含空格字符串的特殊处理方式

根据我们现在掌握的知识，含空格的字符串，如要读取有 fgets 、 scanf 、getchar 、 getline 四种⽅式解决，但是有时候，根据题⽬的情况，不⼀定⾮要完整的读取这个带空格的字符串，⽽是将字符串中空格隔开的每⼀个字符串，当做⼀个单词处理更⽅便，也避免了读取带空格字符串的各种问题。

B2109 统计数字字符个数 - 洛谷

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 265;
char a[N] = {0};

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    string s;
    getline(cin, s);
    int cnt = 0;
    for (auto e : s)
    {
        if (isdigit(e))
            cnt++;
    }
    cout << cnt << endl;
    
    return 0;
}

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;

const int N = 265;
char a[N] = {0};

int main()
{
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(nullptr);

    string s;
    int cnt = 0;
    while (cin >> s)
    {
        for (auto e : s)
        {
            if (isdigit(e))
                cnt++;
        }  
    }

    cout << cnt << endl;
    
    return 0;
}

数字的特殊处理⽅式

当我们程序运⾏的时候，在控制台输⼊ 123 的时候，这时的 123 是三个字符， 123 是⼀个字符序列，程序会根据代码中的数据类型，可能将 123 解析成整型，也可能将 123 解析成字符串

int num = 0;  
cin >> num;//输⼊123, 就被解析成整数  
string s;  
cin >> s; //输⼊123, 就被解析成字符串

这⾥的解析的⽅式，主要是依赖编译器对变量类型的识别，根据类型再将读取字符串数据转化成对应类型的数据。
我们在写代码的时候，应该根据实际的情况，来决定如何处理输⼊的内容

小乐乐改数字_牛客题霸_牛客网

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
  
int main() {
    int n;
    cin >> n;
    int i = 0;
    int ret = 0;
    while (n)
    {
        if (n % 10 % 2)
            ret += 1 * pow(10, i);
        //else
        //    ret += 0 * pow(10, i);
        n /= 10;
        i++;
    }
    cout << ret << endl;
    
    return 0;
}

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
  
int main() {
    string s;
    cin >> s;
    int i = 0;
    for (i = 0; i < s.size(); i++)
    {
        if (s[i] % 2)
            s[i] = '1';
        else
            s[i] = '0';
    }
    cout << stoi(s) << endl;
  
    return 0;
}

scanf/printf和cin/cout的对⽐

scanf 和 printf 是C语⾔中的标准输⼊输出函数，⽽ cin 和 cout 是C++语⾔中的标准输⼊输出流对象。它们各⾃有优缺点，整体上来说 cin 和 cout 会更加⽅便，但有时候我们也不得不使⽤ scanf 和 printf 。

格式控制差异

scanf 和 printf 不能⾃动识别输⼊数据的类型，需要⼿动指定格式字符串，容易出现格式错误。开发者需要确保格式字符串与变量类型匹配，否则会导致未定义⾏为。
cin 和 cout 会根据变量类型⾃动处理输⼊输出，避免格式化错误。相对 scanf 和 printf ⽽且，C++的 cin 和 cout 更加易⽤。
scanf 和 printf ：格式化输出更精确直观，特别适合复杂格式的输⼊输出，⽐如：在要求指定格式输出的时候， printf 函数就⽐ cout 更加⽅便和灵活。

#include <cstdio>  
#include <iostream>
using namespace std;  

int main()  
{  
	float a = 3.50;  
	double d = 16.50;  
	
	cout << "cout: " <<a << " "<< d <<endl;  
	printf("printf: %f %lf\n", a, d);  
	
	return 0;  
}

![[Pasted image 20250309110038.png]]

cout 默认不会输出六位⼩数，⾃动忽略⼩数点后多余的 0 ， printf 函数打印浮点数的时候，⼩数点默认打印6位。
cout 在输出的时候不需要指定格式， printf 则需要明确的格式。

性能差异

案例演⽰

结论： scanf 和 printf 通常⽐ cin 和 cout 快。
原因： cin 和 cout 由于要考虑兼容C语⾔的输⼊和输出，封装实现的更加复杂，通常⽐scanf 和 printf 稍慢，但这种差异在⼤多数应⽤场景中可以忽略不计。
但是在竞赛的题⽬中，尤其是当输⼊、输出数据量较⼤时，使⽤ cin 和 cout 完成输⼊输出，经常会出现 Time Limit Exceeded 的情况。⽽ scanf 和 printf 就不存在类似的问题。

数字游戏

#include <iostream>
using namespace std;
int t, x;
int main()
{
    cin >> t;
    while (t--)
    {
        cin >> x;
        int ret = 0;
        while (x) 
        {
            int count = 0, high
            = 0;
            int tmp = x;
            while (tmp)
            {
                //计算最右边的1代表的值
                int low = tmp & -
                tmp;
                //如果low中剩余的1就是最后⼀个1
                //就是最左边的1
                if (tmp == low)
                {
                    high = low;
                }
                //去掉最右边的1
                tmp -= low;
                count++;
            }
            if (count % 2 == 0)
            {
                x -= high;
            }
            else
            {
                x ^= 1;
            }
            ret++;
        }
        cout << ret << endl;
    }
    return 0;
}

![[Pasted image 20250309125904.png]]

#include <iostream>
using namespace std;
int t, x;
int main()
{
    scanf("%d", &t);
    while (t--)
    {
        scanf("%d", &x);
        int ret = 0;
        while (x) 
        {
            int count = 0, high = 0;
            int tmp = x;
            while (tmp)
            {
                //计算最右边的1代表的值
                int low = tmp & -
                tmp;
                //如果low中剩余的1就是最后⼀个1
                //就是最左边的1
                if (tmp == low)
                {
                    high = low;
                }
                //去掉最右边的1
                tmp -= low;
                count++;
            }
            if (count % 2 == 0)
            {
                x -= high;
            }
            else
            {
                x ^= 1;
            }
            ret++;
        }
        printf("%d\n", ret);
    }
    return 0;
}

![[Pasted image 20250309130211.png]]

P1923 【深基9.例4】求第 k 小的数 - 洛谷

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>

using namespace std;
const int N = 5000010;
int arr[N];

int main()
{
    int n, k;
    cin >> n >> k;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        cin >> arr[i];
    }
    sort(arr, arr + n);
    cout << arr[k] << endl;
    
    return 0;
}

![[Pasted image 20250309130308.png]]

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <algorithm>

using namespace std;
const int N = 5000010;
int arr[N];

int main()
{
    int n, k;
    cin >> n >> k;
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        scanf("%d", &arr[i]);
    }
    sort(arr, arr + n);
    cout << arr[k] << endl;
    
    return 0;
}

![[Pasted image 20250309131104.png]]

这两个案例中，输⼊的数据量都⽐较⼤，在输⼊数据的时候如果使⽤ cin ，都会出现超时的问题，但是换成是 scanf 的⽅式就能正确的通过。这就是因为两者性能上的差异导致的。

C++中为了⽀持混合使⽤ cin/cout 和 scanf/printf ，C++标准库默认会将 cin 、 cout等C++流对象与 stdin 、 stdout 等C标准库的流对象同步在⼀起。这种同步操作意味着每次使⽤ cin 或 cout 时，都会⾃动刷新C标准库的缓冲区，以确保C++和C的I/O是⼀致的。这就导致了性能的下降。
在默认情况下， cin 和 cout 之间存在⼀种绑定关系。这种绑定意味着，每当从 cin 读取数据时，任何之前通过 cout 输出的内容都会被强制刷新到屏幕上。这种绑定也可能导致性能问题，特别是在需要频繁读取⼤量数据的情况下。

优化⽅案和演⽰

#include<iostream>  
#include<ctime>  
#include<cstdio>  
using namespace std;  
const int num = 10000000;  
int main()  
{  
	int i, x;  
	//freopen是将stdin重定向到⽂件  
	//意思是scanf可以⽂件中读取数据  
	freopen("data.txt", "r", stdin);  
	clock_t t1, t2;  
	t1 = clock();  
	for (i = 0; i < num; i++)
	{  
		scanf("%d", &x);  
	}  
	t2 = clock();  
	cout << "Runtime of scanf: " << t2 - t1 << " ms" << endl;  
	
	return 0;  
}

![[Pasted image 20250309133026.png]]

#include<iostream>  
#include<ctime>  
#include<cstdio>  
using namespace std;  
const int num = 10000000;  
int main()  
{  
	//freopen是将stdin重定向到⽂件  
	//意思是cin可以⽂件中读取数据  
	freopen("data.txt", "r", stdin);  
	int i, x;  
	clock_t t1, t2;  
	t1 = clock();  
	for (i = 0; i < num; i++)
	{  
		cin >> x;  
	}  
	t2 = clock();  
	cout << "Runtime of cin: " << t2 - t1 << " ms" << endl;  

	return 0;  
}

![[Pasted image 20250309133458.png]]

#include<iostream>  
#include<ctime>  
#include<cstdio>  
using namespace std;  
const int num = 10000000;  
int main()  
{  
	ios::sync_with_stdio(false); //取消给C语⾔输⼊输出缓冲区的同步  
	cin.tie(0); //取消了cin和cout的绑定  
	
	freopen("data.txt", "r", stdin);  
	int i, x;  
	clock_t t1, t2;  
	t1 = clock();  
	for (i = 0; i < num; i++)  
	{  
		cin >> x;  
	}  
	t2 = clock();  
	cout << "Runtime of cin: " << t2 - t1 << " ms" << endl; 
	 
	return 0;
}

![[Pasted image 20250309134504.png]]

所以未来我们在使⽤ scanf / printf 和 cin / cout 抉择的时候，如果要追求性能那就使⽤scanf / printf ，或者优化版的 cin / cout ，如果不追求性能，直接使⽤ cin / cout 就⾏。

如果输⼊的数据量⽐较⼩（ 10^6 以内）的话，⽤ cin 和 cout 或 scanf 和printf 都⾏；
但是输⼊的数据量⽐较⼤（ 10^9 左右）的话，更推荐使⽤ scanf 和 printf ，避免因为输⼊输出的开销，导致代码超时；
在⼤多数场景下 printf / scanf 和 cin / cout 的使⽤根据个⼈习惯进⾏选择即可。

cin/cout性能问题讨论和优化方法

在 C++ 中，标准输入输出流如 cin 和 cout 是由 C++ 的标准库提供的；而在 C 语言中，标准输入输出函数如 scanf 和 printf 是由 C 标准库提供的。由于 C++ 是从 C 发展而来的语言，C++ 标准库的输入输出流系统需要与 C 标准库的输入输出系统兼容，以确保在同一程序中能够混合使用 C 和 C++ 的输入输出函数。为了实现这种兼容性，C++ 标准库默认会将cin、cout 等 C++ 流对象与 stdin、stdout 等 C 标准库的流对象同步在一起。这种同步操作意味着每次使用 cin 或 cout 时，都会自动刷新 C 标准库的缓冲区，以确保 C++ 和 C 的 I/O 是一致的。
在默认情况下，cin 和 cout 之间存在一种绑定关系。这种绑定意味着，每当从 cin 读取数据时，任何之前通过 cout 输出的内容都会被强制刷新到屏幕上。这个机制保证了输出内容能够立即显示给用户，这对于交互式程序非常有用。但是，这种绑定也可能导致性能问题，特别是在需要频繁读取大量数据的情况下。这是因为每次从 cin 读取数据都会触发一次输出缓冲区的刷新，即使实际上没有进行输出操作，也会浪费时间。

ios::sync_with_stdio(false)

作用

调用 ios::sync_with_stdio(false) 可以关闭 C++ 标准库与 C 标准库之间的 I/O 同步。这意味着：

C++ 标准库的 cin 和 cout 将不再与 C 的 stdin 和 stdout 同步。
cin 和 cout 的 I/O 操作将不再自动刷新 C 标准库的缓冲区，这减少了不必要的同步开销，从而提高了 I/O 操作的效率。

原理

默认情况下，ios::sync_with_stdio(true) 会使 cin、cout 等流对象与 stdin、stdout 等流对象同步。这种同步操作会在每次 I/O 操作时确保两者之间的数据一致性，但也会增加额外的性能开销。
当你调用 ios::sync_with_stdio(false) 时，C++ 标准库会解除这种同步，从而允许 cin 和 cout 的 I/O 操作以更高的效率独立进行。这样做的好处是，如果你的程序只使用 C++ 标准库的 I/O 操作（例如使用 cin 和 cout），你可以获得更快的执行速度。

使用场景

竞赛编程：在处理大量输入输出的竞赛环境中，这种优化非常常见，因为它可以显著减少 I/O 操作的时间。
只使用 C++ I/O：如果你的程序只使用 cin、cout 进行 I/O，而不涉及 C 的 I/O 函数，那么可以安全地使用这项优化来提高性能。

注意事项

混用 C 和 C++ I/O 函数：如果你的程序既使用了 C 的 I/O 函数（如 printf、scanf），又使用了 C++ 的 I/O 函数（如 cin、cout），则不建议使用 sync_with_stdio(false)，因为这可能导致不可预期的行为，例如输出顺序错乱。
线程安全性：解除同步后，I/O 操作可能不再是线程安全的，特别是在多线程环境中需要谨慎使用。

cin.tie(0)

cin.tie(0) 是C++中用于解除标准输入流 cin 与标准输出流 cout 之间默认绑定的一个方法。在C++中，cin 是istream类型的流对象， cout 是ostream 类型的流对象，分别用于标准输入和标准输出。

作用

cin.tie(0) 的作用是取消 cin 与 cout 之间的绑定。这样一来，当从 cin 读取数据时，cout 的缓冲区就不会被刷新。这可以提高输入操作的速度，尤其是在需要处理大量数据的情况下。

原理

在默认情况下，cin 和 cout 之间存在一种绑定关系。这种绑定意味着，每当从 cin 读取数据时，任何之前通过 cout 输出的内容都会被强制刷新到屏幕上。这个机制保证了输出内容能够立即显示给用户，这对于交互式程序非常有用。但是，这种绑定也可能导致性能问题，特别是在需要频繁读取大量数据的情况下。这是因为每次从 cin 读取数据都会触发一次输出缓冲区的刷新，即使实际上没有进行输出操作，也会浪费时间。

使用场景

cin.tie(0) 主要适用于以下几种情况：

高性能输入输出：
1. 在算法竞赛或需要高速输入输出的程序中，解除 cin 和 cout 的绑定可以显著提升程序的运行速度，尤其是在处理大量数据时。
非交互式程序：
2. 如果程序不是交互式的，或者输出不需要实时显示给用户，那么解除绑定可以避免不必要的缓冲区刷新。
并行处理：
3. 当程序需要同时处理多个输入输出流时，解除绑定有助于减少同步带来的延迟。

注意事项

虽然 cin.tie(0) 可以提高程序的性能，但也需要注意以下几点：

程序逻辑：在某些依赖于默认绑定行为的程序中，取消绑定可能会导致程序逻辑错误。例如，如果期望在读取输入前能看到提示信息，则需要显式地调用 cout 的 flush 方法确保输出被刷新。

#include <iostream>
using namespace std;
int main() 
{
    ios::sync_with_stdio(false);       // 取消C风格I/O的同步
    cin.tie(0);                        // 解除cin与cout的绑定
    int number;
    cout << "请输入一个数字: ";
    cin >> number;
    cout << "您输入的数字是: " << number << endl;

    return 0;
}