C++常见几种输出方法评测（int && long long）

最新推荐文章于 2025-02-17 17:38:10 发布
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分类专栏： 输入输出 文章标签： 输入输出
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cym19981017/article/details/49488369
本文评测了C++中三种常见的输出方法：cout、取消iostream缓存后的cout以及printf。在Intel Pentium G530处理器和DDR3 1333 2GB内存环境下，使用cena软件和NOI2011道路建设后五个测试点的数据进行评测。评测内容包括输入输出效率的比较。

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一.概览

说实话我就是喜欢cout，因为简单，不用记住%lld，%64d，%d，%s，%f，%lf之类的，所以从来不用printf。但是因为输入的巨大差距（见另一篇文章http://blog.youkuaiyun.com/cym19981017/article/details/49487549），所以我决定再写一篇关于输出的评测。
  1. cout
  2. cout（打消iostream的输入输出缓存）
  3. printf

二.环境介绍

评测软件：cena
评测数据：noi2011道路建设后五个测试点，将输入的再输出一次；
这里写图片描述
评测环境：
处理器：Intel pentium G530 2.4GHZ 双核
内存：DDR3 1333 2GB 双通道
输入方式：
为了公平起见，和对系统的依赖尽可能少，全部scanf读入。

三.评测方式介绍

1.cout

#include<iostream>
#include<cstring>
#include<algorithm>
#include<cstdio>
#include<cmath>
#include<queue>
#include<vector>
#include<climits>
#include<string>
#include<cstdlib>
#include<set>
#include<stack>
#include<ctime>
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但是，在64位平台上，0xFFFFFFFFUL是64位整数（值为0x00000000FFFFFFFF），所以input_int & 0xFFFFFFFFUL 会得到一个64位的整数，但低32位是input_int的低32位，高32位为0。这正好符合要求。 然而，在32位平台上，0xFFFFFFFFUL是32位全1，所以按位与后还是32位。 但是，如果input_int是64位整数（比如long long），那么在32位平台上，input_int可能超过32位，但按位与0xFFFFFFFFUL（32位全1）时，会发生整型提升。input_int会被提升为unsigned long（32位）？注意：如果input_int是64位整数，而0xFFFFFFFFUL是32位，那么在进行按位与之前，0xFFFFFFFFUL会被提升为64位（即0x00000000FFFFFFFF），然后按位与操作后，得到低32位。 但是，在32位平台上，编译器通常不支持64位整数，除非使用long long。所以，为了确保安全，我们可以先将input_int转换为一个至少32位（或更多位）的无符号整数，然后取低32位。 更通用的方法是使用uint32_t类型，然后赋值给unsigned long。但是，如果用户要求使用unsigned long，我们可以： unsigned long result = (unsigned long)(input_int & 0xFFFFFFFFUL); 但是，这样写可能还是不够清晰，因为0xFFFFFFFFUL在32位和64位平台上的大小不同。 实际上，我们想要的是低32位，所以我们可以使用： unsigned long result = (unsigned long)(input_int & 0xFFFFFFFF); 这里，0xFFFFFFFF的类型可能是unsigned int（在32位和64位平台上，unsigned int通常是32位）。然后，我们将其转换为unsigned long。这样，在32位平台上，unsigned long是32位，所以转换后不变；在64位平台上，unsigned long是64位，转换后，由于0xFFFFFFFF是32位，所以结果是一个32位的值（高32位为0）赋给64位变量，所以高32位为0，低32位为input_int的低32位。 但是，如果input_int是64位整数（比如long long），那么input_int & 0xFFFFFFFF 的结果是一个32位的整数（因为0xFFFFFFFF是32位，所以按位与后的结果类型可能是unsigned int，32位），然后转换为unsigned long（64位）时，会进行零扩展（因为原值是无符号的），所以结果仍然是低32位。 但是，如果input_int是负数（有符号整数），那么在进行input_int & 0xFFFFFFFF时，0xFFFFFFFF是无符号整数（32位），根据C/C++的整型提升规则，input_int会被转换为无符号整数（即先取模，再按位与）。所以，这样操作也能得到正确的低32位。 因此，我们可以这样写： unsigned long result = (unsigned long)(input_int & 0xFFFFFFFFU); 注意：这里使用U后缀表示无符号整数，确保0xFFFFFFFFU是unsigned int类型（32位）。 但是，这里有一个潜在问题：当int是16位时，0xFFFFFFFFU会超出unsigned int的范围？实际上，在标准中，int至少16位，而0xFFFFFFFFU对于16位int来说，是一个大于16位的数，所以它会被视为unsigned long（在16位平台上，unsigned int是16位，0xFFFFFFFFU会超出unsigned int，所以编译器会将其视为unsigned long，但这样的平台现在很少见）。所以，为了更好的可移植性，我们可以使用： unsigned long result = (unsigned long)(input_int & 0xFFFFFFFFUL); 这样，在16位平台上，0xFFFFFFFFUL会被视为unsigned long（32位），然后按位与操作会将input_int提升为unsigned long，然后取低32位（如果input_int是16位，则高16位为0，然后按位与后还是原来的值，因为0xFFFFFFFFUL的低16位是全1，但高16位也是全1？不对，0xFFFFFFFFUL在32位平台上就是32位全1，在16位平台上，unsigned long是32位，所以0xFFFFFFFFUL就是32位全1。所以按位与后，input_int被提升为32位（符号扩展？不，有符号整数提升为无符号整数时，会先转换为等价的模值，然后再按位与）？这有点复杂。 实际上，我们只需要确保取低32位，所以无论input_int是什么类型，我们都可以先将其转换为uint32_t（如果支持的话），然后再赋值给unsigned long。 但是，如果用户的环境不支持C99或C++11，可能没有uint32_t。所以，我们可以使用条件编译，或者使用上述掩码方法。 考虑到现在大多数平台都是32位或64位，我们可以采用： unsigned long result = (input_int & 0xFFFFFFFFUL); 但是，在16位平台上，unsigned long可能是32位，这样写也是正确的。 然而，用户要求的是32位，所以即使是在16位平台上，我们也要得到32位的结果（但16位平台可能没有32位寄存器，但unsigned long可以是32位）。所以，这样写是可行的。 另一种更简单的方法：直接使用模运算（模2^32），因为截断低32位相当于模2^32。 unsigned long result = (unsigned long)(input_int % (1ULL<<32)); 但是，模运算对于负数可能不直接等价于按位与（因为C/C++中，负数的模运算结果取决于具体实现，但通常对于无符号模数，会先转换为无符号整数）。所以，我们不推荐使用模运算。 因此，最可靠的方法还是按位与。 总结：使用按位与0xFFFFFFFFUL，然后赋值给unsigned long。 但是，如果input_int是64位整数，而0xFFFFFFFFUL在64位平台上是64位（值为0xFFFFFFFF，即0x00000000FFFFFFFF），那么按位与后，得到的是input_int的低32位，高32位被清零。然后赋值给unsigned long（64位）没有问题。 在32位平台上，0xFFFFFFFFUL是32位全1，按位与后得到input_int的低32位（如果input_int是32位以上，则会被截断，因为32位平台上的int通常只有32位，但long long是64位，这时按位与操作会先将input_int转换为unsigned long（32位）？这样就会丢失高32位？所以，如果input_int是64位整数，在32位平台上，表达式input_int & 0xFFFFFFFFUL 会先将0xFFFFFFFFUL转换为64位（因为input_int是64位），然后按位与，得到低32位，然后赋值给unsigned long（32位）时，会再次截断（只取低32位，但这时已经只有低32位了，所以没问题）。 但是，在32位平台上，unsigned long是32位，所以64位整数赋值给32位整数会丢失高32位，但这里我们已经用掩码将高32位清零了，所以低32位就是我们要的。 所以，我们可以这样写： unsigned long result = (input_int & 0xFFFFFFFFUL); 但是，如果input_int是64位整数（比如long long），在32位平台上，0xFFFFFFFFUL是32位（无符号长整型），那么表达式input_int & 0xFFFFFFFFUL 会先将0xFFFFFFFFUL提升为64位（因为input_int是64位），提升后为0x00000000FFFFFFFF（64位），然后按位与，得到input_int的低32位（高32位被清零），然后赋值给32位的unsigned long时，会截取这个64位数的低32位（因为unsigned long是32位），而低32位就是我们需要的，所以没有问题。 因此，无论input_int是什么整型（char, short, int, long, long long），无论平台是32位还是64位，上述表达式都能正确取到低32位，并存储在unsigned long中（在32位平台上，unsigned long是32位，正好存储；在64位平台上，unsigned long是64位，存储的值是0到2^32-1之间的数，高32位为0）。 但是，有一个例外：如果input_int是比unsigned long还大的类型（比如在64位平台上，input_int是128位整数），那么按位与操作后，结果是一个128位整数，然后赋值给unsigned long（64位）时，会进行截断（取低64位），而我们的按位与操作已经将高96位清零，所以低32位被保留，然后赋值时取低64位（其中低32位是我们要的，高32位是0），所以结果也是正确的。 因此，我们可以使用： unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; 但是，为了确保类型正确，避免符号扩展等问题，我们可以先将input_int转换为无符号整数类型，然后再进行按位与。不过，按位与操作本身会处理符号问题（因为无符号整数的位操作是确定的）。 所以，最终代码： unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; 但是，我们也可以写成： unsigned long result = (input_int & 0xFFFFFFFFUL); 注意：如果input_int是浮点数，那么上述操作是不允许的。但题目要求是整数，所以假设input_int是整型。 另外，如果input_int是有符号整数且为负，那么按位与操作后，我们得到的是其低32位的无符号表示。例如，input_int = -1，则-1的补码表示是所有位都是1（假设用足够多的位表示），那么与0xFFFFFFFFUL按位与后，就得到0xFFFFFFFF（32位全1），即2^32-1，这是一个无符号数。这符合用户要求：截断为32位无符号长整型。 因此，这个表达式可以正确处理正负数。 结论：使用 `unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL;` 即可。 但是，我们也可以考虑使用C++的固定宽度整数类型（如果可用的话），这样更清晰： #include <cstdint> uint32_t result = static_cast<uint32_t>(input_int & 0xFFFFFFFFU); 然后，如果需要unsigned long，可以再转换： unsigned long result = static_cast<unsigned long>(static_cast<uint32_t>(input_int & 0xFFFFFFFFU)); 但这样写有点繁琐，而且用户要求使用unsigned long。所以，如果用户的环境支持C++11，我们可以用uint32_t，否则用前面那种方法。 但是，用户没有说明环境，所以我们用通用的方法。 因此，我们推荐： unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; 但是，在C++中，字面量UL表示unsigned long，而0xFFFFFFFFUL在32位平台上就是32位全1，在64位平台上也是32位全1（因为0xFFFFFFFFUL的值是4294967295，即2^32-1），所以按位与操作后，总是得到低32位。 所以，这个方法是可行的。 注意：在C++中，如果input_int是比unsigned long更大的类型（如long long），那么按位与操作会先将0xFFFFFFFFUL转换为input_int的类型（整型提升），然后再按位与。所以，只要input_int是整数类型，这个表达式就是正确的。 因此，我们这样写即可。 示例代码： #include <iostream> using namespace std; int main() { long long input_int = 0x1234567890ABCDEFLL; // 64位整数 unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; // 在64位平台上，result应该等于0x90ABCDEF（低32位） // 在32位平台上，result也是0x90ABCDEF（低32位） cout << hex << result << endl; } 在64位平台运行，输出：90abcdef 在32位平台运行，同样输出：90abcdef 但是，在32位平台上，long long是64位，而0xFFFFFFFFUL是32位，所以表达式input_int & 0xFFFFFFFFUL会先将0xFFFFFFFFUL提升为64位（值为0x00000000FFFFFFFF），然后按位与，得到0x0000000090ABCDEF，然后赋值给unsigned long（32位）时，会截取低32位（0x90ABCDEF）。所以输出90abcdef。 所以，这个方法是正确的。 但是，如果input_int是0x1234567890ABCDEF，在64位平台上，result被赋值为0x90ABCDEF，然后以十六进制输出，输出的是90abcdef，这是正确的。 因此，我们使用这个表达式即可。 最后，注意：如果input_int是浮点数，则代码会编译失败。所以，确保input_int是整数类型。 回答总结：使用按位与操作，掩码为0xFFFFFFFFUL，即可将任意整数的低32位保留，并赋值给unsigned long类型。</think>在C/C++中，将任意整数 `input_int` 截断为32位无符号长整型（`unsigned long`），并屏蔽高位（只保留低32位）可通过以下方法实现： ### 核心方法：位掩码操作 ```cpp unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; ``` - **原理**： - `0xFFFFFFFFUL` 是一个无符号长整型字面量，其二进制表示为 **32个1**（即 `1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111`）。 - 按位与操作 `&` 会将 `input_int` 的高位全部置零，仅保留低32位的值。 - 无论 `input_int` 是正数、负数，还是超过32位的整数（如 `long long`），此操作均能正确截断。 ### 关键说明 1. **符号处理**： - 若 `input_int` 为负数，其补码表示的低32位会被保留，结果转换为无符号值（例如 `-1` 会变为 `0xFFFFFFFF`）。 - 示例： ```cpp int input_int = -1; // 补码: 0xFFFFFFFF (32位) unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; // result = 4294967295 (0xFFFFFFFF) ``` 2. **跨平台兼容性**： - `unsigned long` 在32位系统为32位，在64位系统通常为64位，但掩码操作确保结果始终是32位值。 - 在64位系统中，高位被显式清零： ```cpp long long input_int = 0x123456789ABC; // 64位整数 unsigned long result = input_int & 0xFFFFFFFFUL; // 低32位: 0xFFFF9ABC ``` 3. **类型安全**： - 使用 `UL` 后缀确保掩码为无符号长整型，避免符号扩展问题。 - 若需明确32位类型，可用 `<cstdint>` 中的 `uint32_t`： ```cpp #include <cstdint> uint32_t result = input_int & 0xFFFFFFFFU; // 显式32位类型 ``` ### 完整示例代码 ```cpp #include <iostream> #include <cstdint> // 可选，用于uint32_t int main() { long long input_int = 0x1234567890ABCDEF; // 64位测试值 unsigned long truncated = input_int & 0xFFFFFFFFUL; std::cout << "原始值: 0x" << std::hex << input_int << std::endl; std::cout << "截断值: 0x" << truncated << std::endl; // 输出 0x90ABCDEF return 0; } ``` ### 注意事项 - **整数提升规则**：若 `input_int` 类型小于 `int`（如 `char`），会先提升为 `int` 再操作，不影响结果。 - **浮点数处理**：此方法仅适用于整数类型。若输入为浮点数，需先显式转换为整数： ```cpp double input_float = 123.456; unsigned long result = static_cast<long>(input_float) & 0xFFFFFFFFUL; ``` 此方法符合C++类型安全原则，避免了强制转型的风险，并确保在所有常见平台上行为一致[^1][^3]。
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