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C++ 快速输入的优化与缓冲区管理(竞赛必用)

article 2024/11/16 5:52:53

在编程竞赛和性能敏感的场景中，数据输入的效率往往直接影响到程序的运行速度。为了优化输入操作，我们可以通过手动设定缓冲区的方式来提升输入的速度。本文将详细介绍两种不同的快速输入方案：手动设定缓冲区大小的方案与系统默认缓冲区大小的方案，并结合二进制位数与可表示数据范围的关系进行深入分析。

手动设定缓冲区大小的快速输入方案

char buf[1 << 24], *p1 = buf, *p2 = buf;

#define getchar() (p1 == p2 && (p2 = (p1 = buf) + fread(buf, 1, 1 << 24, stdin), p1 == p2) ? EOF : *p1++)

// 自定义快速输入函数
inline int read() {
    int x = 0;
    char ch = getchar();
    while (ch < '0' || ch > '9') ch = getchar();
    while (ch >= '0' && ch <= '9') {
        x = x * 10 + ch - '0';
        ch = getchar();
    }
    return x;
}

系统默认缓冲区大小的快速输入方案

// 自定义快速输入函数
inline int read() {
    int x = 0;
    char ch = getchar();
    while (ch < '0' || ch > '9') ch = getchar();
    while (ch >= '0' && ch <= '9') {
        x = x * 10 + ch - '0';
        ch = getchar();
    }
    return x;
}

缓冲区的管理与输入操作的执行时机

在手动设定缓冲区大小的方案中，数据先被大量输入到缓冲区中，只有在程序需要获取具体数据时，才会从缓冲区中读取数据并存储到对应的变量中。这种方法能够显著提高输入速度，尤其是在大量数据输入的情况下。

手动设定缓冲区大小：缓冲区用于存储从键盘或文件输入的大量数据，只有在程序需要数据时，才会从缓冲区中读取。fread() 函数负责一次性从标准输入流中读取数据到缓冲区，并且当缓冲区为空时，会触发重新读取操作。
系统默认缓冲区大小：在不设定缓冲区大小的方案中，每次输入操作都会直接从输入流中读取数据，这可能导致频繁的 I/O 操作，进而影响程序的运行效率。

二进制位数与可表示数据范围的表格

二进制位数	可表示的数据范围（整型）
8位	0 到 255（无符号），-128 到 127（有符号）
16位	0 到 65,535（无符号），-32,768 到 32,767（有符号）
32位	0 到 4,294,967,295（无符号），-2,147,483,648 到 2,147,483,647（有符号）
64位	0 到 18,446,744,073,709,551,615（无符号），-9,223,372,036,854,775,808 到 9,223,372,036,854,775,807（有符号）
128位	0 到 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,455（无符号）

fread() 函数的介绍

fread() 是 C 语言标准库函数，用于从文件流中读取数据。它的函数原型如下：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

参数解释：
- ptr: 指向存储读取数据的内存块的指针。
- size: 要读取每个数据元素的大小（以字节为单位）。
- nmemb: 要读取的数据元素的个数。
- stream: 指向文件流的指针，通常是 stdin 表示标准输入。
功能：fread() 读取 nmemb 个数据元素，每个大小为 size 字节，并将它们存储到 ptr 指向的缓冲区中。该函数返回实际读取到的元素个数。
应用场景：常用于高效读取大量数据，尤其是在文件操作和数据流处理中。