fread读入优化，寻找速度极限

序：
在之前的测试中，我们比较了四种读入方式，发现使用读入优化是最快的选择，但是我们知道fread()是比它更快的方法。这一次，我们对比四种读入优化，探寻C++读取速度的极限。
分别是getchar()两种方式以及fread()两种方式。

测试数据为1e5,1e6,1e7的大小，每次测试循环5次或7次，力求测试结果的稳定性。（共测试6次）

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首先是两种getchar()读入，由于在之前的测试中出现过，故只附代码。

inline void read1(int &curr)
{
    static char c;
    c = getchar();
    while(c < '0' || c > '9')   c = getchar();
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        curr = curr*10+c-'0';
        c = getchar();
    }
    return ;
}

inline void read2()
{
    static char c;
    input = 0;
    c = getchar();
    while(c < '0' || c > '9')   c = getchar();
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        input = input*10+c-'0';
        c = getchar();
    }
    return ;
}

void Init1()//传地址
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    read1(n); 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        read1(m[i]);
    }
    int endTime = clock();
    ans[1][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

void Init2()//利用全局变量
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    read2();
    n = input; 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        read2();
        m[i] = input;
    }
    int endTime = clock();
    ans[2][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

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重点是fread在windows下的使用。
由于windows环境中的换行符是’\r”\n’所以直接读取int是不现实的（总之并没有成功，全是乱码）。
于是我们采取读字符的方式读取。

首先是fread函数的参数：fread(char *pos, int len_per, int num, FILE *fp)。
即读取的地址，每个部分的长度（可以是结构体，长度用sizeof(…)）， 个数，文件指针。

那么对于我们这种情况，且文件是使用freopen(“test.in”, “r”, stdin)打开的来说，
就是这样的：fread(char* pos, 1, int num, stdin);

对于字符串（基于目前状况）而言，我们有三种方式计算长度，
一是根据数据范围将长度置于足够大（小心炸空间），这样最快，一次便能读取全；
二是通过C语言的feek和ftell函数遍历整个文件计算出确切大小；
三是设定一个大小，多次读取。

那么一的代码如下：

void Get_All()
{
    long long file_lenth = maxn*10;//足够大
    fread(Buffer,1, file_lenth, stdin);
    X = Buffer;//当前指针
    return ;
}

二是这样的：

void Get_All()
{
    long long file_lenth;
    fseek(stdin, 0, SEEK_END);//从文件头遍历到文件尾
    file_lenth = ftell(stdin);//文件字节数大小
    rewind(stdin);
    Buffer = (char*)malloc(1*file_lenth);//分配空间
    fread(Buffer,1, file_lenth, stdin);
    X = Buffer;//当前指针
    return ;
}

三也类似：

inline char Get_Char()  
{  
    if(S==T)//T是尾指针，S == T用于判断是否到尾
    {  
        T=(S=buffer)+fread(buffer,1,maxn,stdin);//maxn预先设定好
        if(S==T) return EOF;  
    }  
    return *S++;  //由于是多次读取，故在从中拆除整数时使用
}
int Get_Int()
{
    char c;  
    int re=0;  
    for(c=Get_Char();c<'0'||c>'9';c=Get_Char());  
    while(c>='0'&&c<='9')  
           re=(re<<1)+(re<<3)+(c-'0'),c=Get_Char();  
    return re;  
}

一二用于得到整数的函数更为简单，不需要判断字符串是否到尾，因为它读取了整个文件

int Get_Num()
{
    c = *X;
    re = 0;
    while(c < '0' || c > '9')   c = *++X;
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        re = re*10+c-'0';
        c = *++X;
    }
    return re;
}

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那么准备工作就完成了，下面开始测试。

for(unsigned j = 0; j != 5; ++j)
    {
        for(unsigned i = 0; i != 7; ++i)//多次循环
        {
            k = j;
            Init1();    //getchar()-1
            Init2();//getchar()-2
            Init3();//fread()-3
            Init4();//fread()-1
            Init5();//scanf()
        }
    }

利用time.h的函数：

int StartTime = clock();
...
int EndTime = clock();
ans[curr][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;//计算总时长

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测试结果如下：

1e7*5 *5

2.961 2.874 2.888 2.914 2.854

2.733 2.764 2.793 2.722 2.733

2.493 2.440 2.446 2.464 2.479

2.113 2.134 2.210 2.135 2.157

18.586 18.552 18.613 18.493 18.529

14.491000 13.745000 12.322000 10.749000 92.773000

1e7*7 *5

4.030 4.018 4.013 4.069 4.723

3.797 3.855 3.945 3.932 4.544

3.366 3.516 3.474 3.476 3.889

3.040 3.005 3.037 3.019 3.390

25.993 25.679 26.097 26.229 30.518

20.853000 20.073000 17.721000 15.491000 134.516000

1e6*5 *5

0.301 0.277 0.303 0.271 0.284

0.284 0.274 0.308 0.267 0.285

0.252 0.237 0.251 0.236 0.242

0.219 0.204 0.219 0.208 0.210

1.872 1.840 1.925 1.802 1.861

1.436000 1.418000 1.218000 1.060000 9.300000

1e6*7 *5

0.443 0.386 0.404 0.395 0.407

0.389 0.390 0.387 0.386 0.391

0.342 0.340 0.347 0.334 0.347

0.287 0.291 0.301 0.294 0.301

2.548 2.549 2.612 2.538 2.598

2.035000 1.943000 1.710000 1.474000 12.845000

1e5*5 *5

0.044 0.038 0.041 0.040 0.040

0.044 0.038 0.040 0.038 0.037

0.033 0.033 0.034 0.031 0.033

0.030 0.030 0.027 0.028 0.030

0.280 0.271 0.258 0.264 0.255

0.203000 0.197000 0.164000 0.145000 1.328000

1e5*7 *5

0.054 0.039 0.042 0.042 0.040 0.000 0.000

0.047 0.038 0.035 0.039 0.038 0.000 0.000

0.038 0.036 0.031 0.035 0.032 0.000 0.000

0.034 0.030 0.030 0.028 0.030 0.000 0.000

0.307 0.271 0.259 0.260 0.263 0.000 0.000

0.217000 0.197000 0.172000 0.152000 1.360000

结果十分稳定：T5 >> T1 > T2 > T3 > T4。
经过计算，getchar相对于scanf()的速度有大概6-7倍的优化，而使用fread()则可以达到约9倍的优化。

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那么，对于fread（二）呐？
起初我对它不抱有信心：遍历文件需要时间，我把长度规定好肯定比你快啊。
事实证明差不多，速度略慢于fread(一)。
测试1e7*5 *7，三种fread对比如下
19.067000 16.611000 17.084000

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完整测试代码如下：

/*
About: read-data-final
Auther: kongse_qi
date: 2017/04/17
result: Get_Num is nearly 10 times faster than scanf();
*/

#include <bits/stdc++.h>
#define maxn 10000050
using namespace std;

int input, k;
int m[maxn];
double ans[10][20];

inline void read1(int &curr)
{
    static char c;
    c = getchar();
    while(c < '0' || c > '9')   c = getchar();
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        curr = curr*10+c-'0';
        c = getchar();
    }
    return ;
}

inline void read2()
{
    static char c;
    input = 0;
    c = getchar();
    while(c < '0' || c > '9')   c = getchar();
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        input = input*10+c-'0';
        c = getchar();
    }
    return ;
}

void Init1()//传地址
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    read1(n); 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        read1(m[i]);
    }
    int endTime = clock();
    ans[1][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

void Init2()//利用全局变量
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    read2();
    n = input; 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        read2();
        m[i] = input;
    }
    int endTime = clock();
    ans[2][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

char buffer[maxn],*S,*T; 
inline char Get_Char()  
{  
    if(S==T)  
    {  
        T=(S=buffer)+fread(buffer,1,maxn,stdin);
        if(S==T) return EOF;  
    }  
    return *S++;  
}

int Get_Int()
{
    char c;  
    int re=0;  
    for(c=Get_Char();c<'0'||c>'9';c=Get_Char());  
    while(c>='0'&&c<='9')  
           re=(re<<1)+(re<<3)+(c-'0'),c=Get_Char();  
    return re;  
}

void Init3()
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    n = Get_Int(); 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        m[i] = Get_Int(); 
    }
    int endTime = clock();
    ans[3][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

char *X, Buffer[maxn*10], c, *buffer_;
int re;

void Get_All()
{
    long long file_lenth = maxn*10;//int占8,还有换行等
    fread(Buffer,1, file_lenth, stdin);
    X = Buffer;
    return ;
}

void Get_All1()
{
    long long file_lenth;
    fseek(stdin, 0, SEEK_END);
    file_lenth = ftell(stdin);
    rewind(stdin);
    buffer_ = (char*)malloc(1*file_lenth);
    fread(buffer_,1, file_lenth, stdin);
    X = buffer;
    return ;
}

int Get_Num()
{
    c = *X;
    re = 0;
    while(c < '0' || c > '9')   c = *++X;
    while(c >= '0' && c <= '9')
    {
        re = re*10+c-'0';
        c = *++X;
    }
    return re;
}

void Init4()
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    Get_All();
    n = Get_Num(); 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        m[i] = Get_Num(); 
    }
    int endTime = clock();
    ans[4][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

void Init5()
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    scanf("%d", &n);
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        scanf("%d", &m[i]); 
    }
    int endTime = clock();
    ans[5][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    fclose(stdin);
    return ;
}

void Init6()
{
    freopen("test.in", "r", stdin);
    int n = 0, i;
    int startTime = clock();
    Get_All1();
    n = Get_Num(); 
    for(unsigned i = 0; i != n; ++i)
    {
        m[i] = Get_Num(); 
    }
    int endTime = clock();
    ans[6][k] += (double)(endTime-startTime)/CLOCKS_PER_SEC;
    free(buffer_);
    fclose(stdin);
    return ;
}

int main()
{
    int i, j;
    double tot[10] = {0};

    for(unsigned j = 0; j != 5; ++j)
    {
        k = j;
        for(unsigned i = 0; i != 7; ++i)
        {
            Init1();    
            Init2();
            Init3();
            Init4();
            Init5();
            Init6();
        }
    }
    for(unsigned j = 1; j != 7; ++j)
    {
        for(unsigned i = 0; i != 5; ++i)
        {
            printf("%.3f ", ans[j][i]); 
            tot[j] += ans[j][i];
        }
        printf("\n");
    }

    for(unsigned i = 1; i != 7; ++i)
    {
        printf("%lf ", tot[i]);
    }

    return 0;
}

---

再次证明其是正确的，将其读入的数输出文件test2.out与读入文件test.in进行比较。

fc test.in test1.out
正在比较文件 test.in 和 TEST1.OUT
FC: 找不到差异

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尾：
温馨提示：使用之前也需要计算好空间，不要为了省读入的时间而导致MLE。

自此测试结束。
箜瑟_qi 2017.04.17 20:38