一文讲明白ACM输入输出模式

一文讲明白ACM输入输出模式

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ACM输入输出模式是指在竞赛编程（ACM/ICPC）中常用的一种输入输出方式，它与普通控制台的输入输出有所不同。

输入模式

选择合适的输入方式

• 判断输入的类型，是数字还是字符串，如果是数字，则可以使用cin标准输入流，如果是字符串，我们可以用getline()函数；
• 判断是否知道输入数据的数量：
  • 如果数量已知，可以直接用for循环读取；
  • 如果数量未知，需要在循环输入中设置退出输入模式的条件；

使用cin还是getline进行输入

getline()函数：

getline() 是 C++ 标准库中的一个函数,用于从输入流中读取一整行字符串，直到遇到换行符(\n)或文件结尾。它通常用于从 cin (标准输入)或文件中读取一行字符串。

函数原型：

std::istream& getline (std::istream& is, std::string& str, char delim = '\n');

• is 是输入流对象,可以是 std::cin 或文件流对象。
• str 是一个字符串引用,用于存储从输入流中读取的字符串。
• delim 是一个可选参数,表示结束字符,默认为换行符 ‘\n’。

（std::stringstream也可以放在std::istream位置，例如getline(stringsteam& ss, string& str, char c)）

注意的是:

• getline()会保留读取的字符串中的所有字符，包括空格、制表符等空白字符。
• 如果输入流为空或遇到文件结尾，getline() 会返回 false，否则返回 true。(没必要退出循环时判断为空，如果为空则不会进入循环 while(getline(cin, s)) ）
• 读取的字符串不包含结束字符（默认为换行符 ‘\n’）。

如果一行中数字的数量是固定的，则使用cin和getline()都可以，并且cin可能更方便；

例如：A+B(1)中，计算输入的两个数字之和；

输入：
1 5
10 20

每一行规定了只有两个数据，则使用cin和getline()都可以；

如果一行中数字的数量是未知的，比如计算每一行数字的累加和中：

输入：
1 2 3 4 5
1 2 3
1 1

每一行的数据长度不固定，而且没有显式说明每一行数据的长度，此时使用cin明显变得复杂不可控，直接使用getline()读取一行字符串，然后字符串切割；

如果显式告诉了每行的数据的个数，则cin和getline()都可以，比如：

输入：
2 1 1
3 1 2 3
其中每行第一个数字是该行要累加的数据个数；

getline()更加全能，但是在getline()之后涉及字符串的切割、转换字符串为整型等一系列操作，所以使用时也要斟酌。

输入模式的退出

输入和输出是两个独立的部分，只有输入模式退出之后，才能进行输出；

例如：A+B(1)中，计算输入的两个数字之和中；

输入：
1 5
10 20

可以看出我们并不知道要输入几行数据，所以需要加入输入结束的判断逻辑，如果是使用getline()读取的字符串数据，则输入结束条件就是getline()获取到的为空行时结束输入，开始输出结果；

而在A+B(2)中，输入的第一行包括一个数据组数t，接下来每一行是两个正整数，计算两数之和；

输入：
2
1 5
10 20

此时就并不需要进行判断输入结束条件，而是直接使用for循环读取输入：for (int i = 0; i < t; i++) {读取数据，使用cin读取}；

也有一些题目会给出输入退出条件，比如当输入0时，退出输入，只需要在输入后加入判断语句即可；

简而言之，如果知道输入的组数，则可以使用for循环控制，如果不知道输入的组数且没有显式的输入结束退出条件，只需要自己在循环中设置退出条件；

输入为字符串的处理

使用getline()获取到一行的字符串时，就涉及到字符串的处理；

例如：

输入：
1 2 3 4
1 2 3

我们使用getline()读取一行字符串，例如是"1 2 3 4"，则需要将字符串按照空格进行切割成多个子串，这些子串还需要转换为整型进行计算；

字符串的处理方法多种多样，这里介绍4种常用的方法：

1. 将字符串看成一个字符数组，然后遍历字符数组；
2. 使用std::stringstream字符串流进行处理（推荐使用）；
3. 使用**find()和substr()函数**组合处理；
4. 使用正则表达式进行匹配；

将字符串看作字符数组处理

例如：（以A+B(1)为例）

for (int j = s.size() - 1; j >= 0; j--) {
    if (s[j] == ' ') count = 1;
    else {
        res += (s[j] - '0') * count; 
        count *= 10;
    } 
}

注意事项：

• 字符串要从右向左遍历，因为数字的低位靠右；
• 字符串拼接直接使用加号运算符（重载后的运算符）；
• 注意字符串转整型的逻辑（按位处理）；

使用std::stringstream进行处理

例如：（以A+B(1)为例）

#include <sstream>

// 方法2： 使用std::sstream；
stringstream ss(s);
int a, b;
ss >> a >> b;
res = a + b;

stringstream是C++标准库中的一个类,它可以让你像使用输入/输出流一样来操作字符串。它继承自iostream类,因此具有和cin、cout类似的操作符>>和<<。

stringstram对象ss的使用方法和cin类似；我们可以使用>>操作符从ss中提取整数,就像从cin中读取一样。

函数原型：

stringstream::stringstream(const string& str);

stringstream默认是按照空格进行切分字符串的，切分结果可以通过>>操作符提取，可以提取整型，也可以提取字符串；

如果字符串不是按照空格进行切分的，则不能使用stringstream进行切分；

比如题目字符串排序(3)中，数据用’,'而不是空格进行隔开，则此时无法直接使用stringstream获取到切割后的子串，而是联合getline()进行使用：

stringstream ss(s); // 只能切割为整型?不是
vector<string> strline;
string str;
// while (ss >> str) strline.push_back(str);// 按照逗号切割而不是空格；
while (getline(ss, str, ',')) { // 按照逗号切割； 注意getline在cin中只会按照\n切割，
    // cin是std::istream类型，而ss是std::stringsteam类型，所以是两个重载方法，参数不一致，不要混淆；
    strline.push_back(str);
}

注意如果是字符串连接，则使用加号运算符；如果是在字符串后面添加一个字符，则可以使用push_back，因为字符串本质就是一个vector<char>；

使用find()和substr()进行处理

std::string::find是C++标准库中的一个字符串查找函数,它返回指定子串在字符串中第一次出现的位置。如果没有找到,则返回string::npos。
std::string::substr是一个字符串截取函数,它返回一个新字符串,该字符串是原字符串的一个子串。

例如：（以A+B(1)为例）

// 方法2：使用find和substr（切割字符串为子串）
size_t pos = s.find(' '); // 找到字符串中第一次出现空格处的索引，注意使用size_t而不是int类型；
int a = stoi(s.substr(0, pos)); // 注意stoi即string to int，此外注意substring的左闭右开；
int b = stoi(s.substr(pos + 1)); // 余下子串不必写结束位置；
res = a + b;

std::stoi函数是C++11新增的一个字符串转整数的函数，它的原型为:

int stoi(const string& str, size_t* idx = 0, int base = 10);

它将字符串str转换为整数，base参数指定进制(默认为10进制)。如果转换失败，它会抛出一个std::invalid_argument异常。idx参数是一个可选的输出参数,用于存储转换停止的位置。

注意find函数返回的数据类型是size_t而不是int，size_t是 C++ 标准库中的一种无符号整数类型,用于表示大小或计数。它的确切大小取决于操作系统和编译器的实现,但至少有足够的范围来表示当前机器的最大可能对象大小。使用size_t类型作为索引或者计数变量的好处：

1. 避免下标越界；（无符号类型）
2. 尺寸兼容性；（和使用的库函数、容器类进行尺寸匹配）
3. 跨平台兼容性；
4. 标准化；

使用正则表达式处理

例如：（以A+B(1)为例）

#include <regex>

// 方法3：使用正则表达式匹配；stl::regex；
regex re("\\s+"); // 正则表达式匹配一个或多个空白字符，\\是因为防止转义字符
sregex_token_iterator iter(s.begin(), s.end(), re, -1); // 创建分词迭代器
sregex_token_iterator end; // 结束迭代器
int num1 = std::stoi(*iter++); // 提取第一个单词,并转换为整数，迭代器自增到第二个单词位置
int num2 = std::stoi(*iter); // 提取第二个单词,并转换为整数
res = num1 + num2;

正则表达式(Regular Expression)是一种用于匹配字符串的模式(pattern)。它是由一些特殊字符和普通字符组成的字符串,可以用来描述、匹配或替换另一个字符串。

正则表达式常用的元字符：

• . 匹配任意单个字符(除了换行符)
• \d 匹配任意数字字符,等价于[0-9]
• \D 匹配任意非数字字符,等价于[^0-9]
• \w 匹配任意字母、数字或下划线字符
• \W 匹配任意非字母、非数字和非下划线字符
• \s 匹配任意空白字符(空格、制表符、换行符等)
• \S 匹配任意非空白字符
• ^ 匹配字符串的开始位置
• $ 匹配字符串的结束位置
• [] 匹配括号内的任意单个字符
• [^] 匹配不在括号内的任意单个字符
• | 匹配左右两个表达式中的任意一个
• () 用于分组

• +匹配前面的子表达式一次或多次

• *匹配前面的子表达式零次或多次
• ? 匹配前面的子表达式零次或一次
• {n} 匹配前面的子表达式恰好 n 次
• {n,} 匹配前面的子表达式至少 n 次
• {n,m} ``匹配前面的子表达式至少 n 次,但不超过 m 次

正则表达式匹配实例

• ^\d{3}\s+\d{3,8}$ 匹配连续的数字(区号)和数字(电话号码),例如"800 8888888"
• \b\w+\b 匹配单词边界(一个或多个字母、数字和下划线)
• \d{4}-\d{2}-\d{2} 匹配日期格式,例如"2023-05-28"
• [a-zA-Z0-9._-]+@[a-zA-Z0-9._-]+\.[a-zA-Z0-9._-]+ 匹配电子邮件地址

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输出模式

输入使用cout进行输出即可；一般情况下，输入数据经过处理的结果在数组中，只需要循环访问数组中元素然后依次cout即可；

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对字符串进行排序

在字符串排序(1)中，需要对输入的字符串进行排序，可以使用sort函数；

输入：
5
c d a bb e

可以使用stringstream轻易地将一行中切割好后的各个字符串保存在一个字符串向量中（也可以使用其他方法）

在得到一个字符串向量ss之后，要对字符串向量进行排序：

#include <algorithm> // sort函数头文件；

// 对字符串数组ss进行排序；
sort(ss.begin(), ss.end(), compareStrings);

compareStrings函数是一个自定义函数，返回布尔类型：

bool compareStrings (const string& a, const string& b) {
    return a < b;
}

此时即可实现字符串排序；

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