快读快写学习笔记

1. 前置准备

所有代码依赖以下头文件，建议统一包含：

• <cstdio>：提供getchar()、putchar()、fread()、fwrite()。
• <iostream>：提供cin、cout。
• <cctype>：提供isspace()。

2. 基础 I/O 优化：基于cin和cout

2.1. 优化步骤

1. 关闭流同步：

• 实现：通过ios::sync_with_stdio(false)关闭 C++ 和 C 输入输出流的同步。
• 解释：为了确保混用 C++ 的cin/cout和 C 的printf/scanf不会产生 I/O 混乱，C++ 和 C 的两种流之间进行了同步。这提高了兼容性，但是产生了大常数。关闭流同步之后就不要同时使用cin和scanf，也不要同时使用cout和printf，否则会造成 I/O 混乱。但可以同时使用cin和printf，也可以同时使用scanf和cout。

2. 解除绑定：

• 实现：通过cin.tie(nullptr)解除cin与cout的绑定。
• 解释：在 C++ 中，cin默认绑定的是&cout，这意味着每次读入都会调用flush()。可以用cin.tie(nullptr)函数解除这种绑定。

3. 针对endl的优化：

• 实现：用'\n'替换endl。
• 解释：endl的作用是换行并刷新缓冲区，相当于cout<<'\n'<<flush。而刷新缓冲区会带来一定开销。

其中前两步一般合称「关流」。后文会沿用这个称呼。

2.2. 代码实现

以下两种写法是等价的：

// 写法1：链式调用cin.tie(0)->sync_with_stdio(0);

// 写法2：分步调用ios::sync_with_stdio(0);cin.tie(0);

可以这样将所有endl替换为'\n'：

// 注意：该宏需在包含<iostream>之后定义，避免与std::endl声明冲突#defineendl'\n'

3. 进阶优化：快读

3.1. 普通快读：基于getchar()

通过getchar()函数逐字符读取，手动解析整数或字符串。

voidread(int&x){// 读整数（支持负数）intc,f=1;while((c=getchar())<'0'||c>'9')if(c=='-')f=-1;for(x=c^48;(c=getchar())>='0'&&c<='9';x=(x<<3)+(x<<1)+(c^48));x*=f;}voidread(char&c){// 读一个非空字符while(isspace(c=getchar()));}intread(chars[]){// 读一个字符串，到空格/EOF为止，返回长度intlen=0;charc;while(isspace(c=getchar()));dos[len++]=c;while(!isspace(c=getchar())&&c!=EOF);s[len]='\0';// 补字符串结束符returnlen;}intgetline(chars[]){// 读一行字符串，返回长度intlen=0;charc;while((c=getchar())!='\n'&&c!=EOF)s[len++]=c;s[len]='\0';// 补字符串结束符returnlen;}

3.2. 缓冲区快读：基于fread()

getchar()每次从系统读取 1 个字符，频繁调用系统接口，开销大。fread()一次性读取一整块数据到自定义缓冲区，后续从缓冲区取字符。这样可以减少系统调用次数，速度通常可以提升 5~10 倍。

缓冲区一般大小设为 1MB 左右，即2202^{20}220字节，这样既不会占太大空间，不会刷新太多次缓冲区。

由于fread可以一次整块读入，因此速度比getchar快多了。

charin[1<<20],*p1,*p2;inlinechargc(){// 从缓冲区读1个字符，空则补充returnp1==p2&&(p2=(p1=in)+fread(in,1,1<<20,stdin))==in?EOF:*p1++;}

加上这段代码，然后用gc()替换掉所有getchar()就可以了。

4. 进阶优化：快写

4.1. 普通快写：基于putchar()

通过putchar()函数逐字符输出。

voidwrite(intx){// 写整数（支持负数）if(x<0)putchar('-'),x=-x;x<10?putchar(x|48):(write(x/10),putchar(x%10|48));}voidwrite(chars[],intlen){// 写字符串，指定长度for(inti=0;i<len;++i)putchar(s[i]);}voidwrite(chars[]){// 写字符串，直到'\0'为止for(inti=0;s[i];++i)putchar(s[i]);}

4.2. 缓冲区快写：基于fwrite()

和缓冲区快读差不多，自定义一个缓冲区，每次写一个字符到缓冲区，满了就刷新缓冲区，通过fwrite()一次性将整个缓冲区里的内容输出。

加上如下代码，再用pc()替换掉所有putchar()就可以了。

charout[1<<20],*p3=out;inlinevoidpc(charc){// 向缓冲区写1个字符，满则刷新if(p3-out==1<<20)fwrite(out,1,1<<20,stdout),p3=out;*p3++=c;}

但是程序结束时，缓冲区里可能还有东西，因此我们必须在结束前清空缓冲区。这一步千万不要忘！

fwrite(out,1,p3-out,stdout);

5. 工程化实现：I/O 类封装

5.1. 封装的核心目的

• 自动管理缓冲区：析构函数自动调用fwrite()刷新输出缓冲区，避免忘记刷新。
• 统一接口：将快读和快写整合到同一个类中，使用时直接调用io.函数名(参数)即可，无需再关注底层实现，适合作为缺省源使用。

5.2. 代码实现

classIO{#defineSIZE1<<20private:charin[SIZE],out[SIZE],*p1,*p2,*p3;public:IO():p1(in),p2(in),p3(out){}~IO(){fwrite(out,1,p3-out,stdout);}inlinechargc(){// 从缓冲区读1个字符，空则补充returnp1==p2&&(p2=(p1=in)+fread(in,1,SIZE,stdin))==in?EOF:*p1++;}inlinevoidpc(charc){// 向缓冲区写1个字符，满则刷新if(p3-out==SIZE)fwrite(out,1,SIZE,stdout),p3=out;*p3++=c;}voidread(int&x){// 读整数（支持负数）intc,f=1;while((c=gc())<'0'||c>'9')if(c=='-')f=-1;for(x=c^48;(c=gc())>='0'&&c<='9';x=(x<<3)+(x<<1)+(c^48));x*=f;}voidread(char&c){// 读一个非空字符while(isspace(c=gc()));}intread(chars[]){// 读一个字符串，到空格/EOF为止，返回长度intlen=0;charc;while(isspace(c=gc()));dos[len++]=c;while(!isspace(c=gc())&&c!=EOF);s[len]='\0';// 补字符串结束符returnlen;}intgetline(chars[]){// 读一行字符串，返回长度intlen=0;charc;while((c=gc())!='\n'&&c!=EOF)s[len++]=c;s[len]='\0';// 补字符串结束符returnlen;}voidwrite(intx){// 写整数（支持负数）if(x<0)pc('-'),x=-x;x<10?pc(x|48):(write(x/10),pc(x%10|48));}voidwrite(chars[],intlen){// 写字符串，指定长度for(inti=0;i<len;++i)pc(s[i]);}voidwrite(chars[]){// 写字符串，直到'\0'为止for(inti=0;s[i];++i)pc(s[i]);}#undefSIZE}io;// 全局实例化，无需重复创建对象

6. 关键避坑指南

1. 混用不同 I/O 方式：
   • 关流后不能混用cin和scanf，也不能混用cout和printf。
   • 缓冲区快读与getchar()不可混用，缓冲区快写和putchar()也不能混用。
2. 缓冲区快写忘记刷新：非封装版本需在程序结束前调用fwrite(out,1,p3-out,stdout)，否则缓冲区剩余数据不会输出。
3. 整数快读快写处理边界值：处理INT_MIN即−2147483648-2147483648−2147483648时会溢出，若需支持要开long long。

7. 性能对比与选型建议

注：若需支持浮点数（如double），需扩展快读快写函数，手动解析小数点前后数字。因浮点数 I/O 场景较少，通常含有浮点数的题目数据量也不会太大，本文暂不展开，可根据需求自行扩展。