ACM比赛中如何加速c++的输入输出?如何使cin速度与scanf速度相当?什么是最快的输入输出方法?
2015-02-02 00:12
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在竞赛中,遇到大数据时,往往读文件成了程序运行速度的瓶颈,需要更快的读取方式。相信几乎所有的C++学习者都在cin机器缓慢的速度上栽过跟头,于是从此以后发誓不用cin读数据。还有人说Pascal的read语句的速度是C/C++中scanf比不上的,C++选手只能干着急。难道C++真的低Pascal一等吗?答案是不言而喻的。一个进阶的方法是把数据一下子读进来,然后再转化字符串,这种方法传说中很不错,但具体如何从没试过,因此今天就索性把能想到的所有的读数据的方式都测试了一边,结果是惊人的。
竞赛中读数据的情况最多的莫过于读一大堆整数了,于是我写了一个程序,生成一千万个随机数到data.txt中,一共55MB。然后我写了个程序主干计算运行时间,代码如下:
最简单的方法就算写一个循环scanf了,代码如下:
可是效率如何呢?在我的电脑Linux平台上测试结果为2.01秒。接下来是cin,代码如下
出乎我的意料,cin仅仅用了6.38秒,比我想象的要快。cin慢是有原因的,其实默认的时候,cin与stdin总是保持同步的,也就是说这两种方法可以混用,而不必担心文件指针混乱,同时cout和stdout也一样,两者混用不会输出顺序错乱。正因为这个兼容性的特性,导致cin有许多额外的开销,如何禁用这个特性呢?只需一个语句std::ios::sync_with_stdio(false);,这样就可以取消cin于stdin的同步了。程序如下:
取消同步后效率究竟如何?经测试运行时间锐减到了2.05秒,与scanf效率相差无几了!有了这个以后可以放心使用cin和cout了。
接下来让我们测试一下读入整个文件再处理的方法,首先要写一个字符串转化为数组的函数,代码如下
把整个文件读入一个字符串最常用的方法是用fread,代码如下:
上述代码有着惊人的效率,经测试读取这10000000个数只用了0.29秒,效率提高了几乎10倍!掌握着种方法简直无敌了,不过,我记得fread是封装过的read,如果直接使用read,是不是更快呢?代码如下:
测试发现运行时间仍然是0.29秒,可见read不具备特殊的优势。到此已经结束了吗?不,我可以调用Linux的底层函数mmap,这个函数的功能是将文件映射到内存,是所有读文件方法都要封装的基础方法,直接使用mmap会怎样呢?代码如下:
经测试,运行时间缩短到了0.25秒,效率继续提高了14%。到此为止我已经没有更好的方法继续提高读文件的速度了。回头测一下Pascal的速度如何?结果令人大跌眼镜,居然运行了2.16秒之多。程序如下:
为确保准确性,我又换到Windows平台上测试了一下。结果如下表:
从上面可以看出几个问题
Linux平台上运行程序普遍比Windows上快。
Windows下VC编译的程序一般运行比MINGW(MINimal Gcc for Windows)快。
VC对cin取消同步与否不敏感,前后效率相同。反过来MINGW则非常敏感,前后效率相差8倍。
read本是linux系统函数,MINGW可能采用了某种模拟方式,read比fread更慢。
Pascal程序运行速度实在令人不敢恭维。
希望此文能对大家有所启发,欢迎与我继续讨论。
BYVoid原创 转载请注明
通过cin.tie与sync_with_stdio加速输入输出,可以将cin的速度接近scanf的速度,但具体要更具编译器的情况。
tie是将两个stream绑定的函数,空参数的话返回当前的输出流指针。
输出:
同时当前目录下的test.txt输出:
这个函数是一个“是否兼容stdio”的开关,C++为了兼容C,保证程序在使用了std::printf和std::cout的时候不发生混乱,将输出流绑到了一起。
在ACM里,经常出现数据集超大造成 cin TLE的情况。这时候大部分人(包括原来我也是)认为这是cin的效率不及scanf的错,甚至还上升到C语言和C++语言的执行效率层面的无聊争论。其实像上文所说,这只是C++为了兼容而采取的保守措施。我们可以在IO之前将stdio解除绑定,这样做了之后要注意不要同时混用cout和printf之类。
在默认的情况下cin绑定的是cout,每次执行 << 操作符的时候都要调用flush,这样会增加IO负担。可以通过tie(0)(0表示NULL)来解除cin与cout的绑定,进一步加快执行效率。
如下所示:
http://meme.biology.tohoku.ac.jp/students/iwasaki/cxx/speed.html
http://www.hankcs.com/program/cpp/cin-tie-with-sync_with_stdio-acceleration-input-and-output.html
下面介绍最快的读取方法,将读入的直接转换为字符串
但一般题目很少卡这个,除非出题人故意卡你读入,这时候就需要开挂了....
题目在acdream的oj上有1099
贴下AC代码
竞赛中读数据的情况最多的莫过于读一大堆整数了,于是我写了一个程序,生成一千万个随机数到data.txt中,一共55MB。然后我写了个程序主干计算运行时间,代码如下:
#include <ctime> int main() { int start = clock(); //DO SOMETHING printf("%.3lf\n",double(clock()-start)/CLOCKS_PER_SEC); }
最简单的方法就算写一个循环scanf了,代码如下:
const int MAXN = 10000000; int numbers[MAXN]; void scanf_read() { freopen("data.txt","r",stdin); for (int i=0;i<MAXN;i++) scanf("%d",&numbers[i]); }
可是效率如何呢?在我的电脑Linux平台上测试结果为2.01秒。接下来是cin,代码如下
const int MAXN = 10000000; int numbers[MAXN]; void cin_read() { freopen("data.txt","r",stdin); for (int i=0;i<MAXN;i++) std::cin >> numbers[i]; }
出乎我的意料,cin仅仅用了6.38秒,比我想象的要快。cin慢是有原因的,其实默认的时候,cin与stdin总是保持同步的,也就是说这两种方法可以混用,而不必担心文件指针混乱,同时cout和stdout也一样,两者混用不会输出顺序错乱。正因为这个兼容性的特性,导致cin有许多额外的开销,如何禁用这个特性呢?只需一个语句std::ios::sync_with_stdio(false);,这样就可以取消cin于stdin的同步了。程序如下:
const int MAXN = 10000000; int numbers[MAXN]; void cin_read_nosync() { freopen("data.txt","r",stdin); std::ios::sync_with_stdio(false); for (int i=0;i<MAXN;i++) std::cin >> numbers[i]; }
取消同步后效率究竟如何?经测试运行时间锐减到了2.05秒,与scanf效率相差无几了!有了这个以后可以放心使用cin和cout了。
接下来让我们测试一下读入整个文件再处理的方法,首先要写一个字符串转化为数组的函数,代码如下
const int MAXS = 60*1024*1024; char buf[MAXS]; void analyse(char *buf,int len = MAXS) { int i; numbers[i=0]=0; for (char *p=buf;*p && p-buf<len;p++) if (*p == ' ') numbers[++i]=0; else numbers[i] = numbers[i] * 10 + *p - '0'; }
把整个文件读入一个字符串最常用的方法是用fread,代码如下:
const int MAXN = 10000000; const int MAXS = 60*1024*1024; int numbers[MAXN]; char buf[MAXS]; void fread_analyse() { freopen("data.txt","rb",stdin); int len = fread(buf,1,MAXS,stdin); buf[len] = '\0'; analyse(buf,len); }
上述代码有着惊人的效率,经测试读取这10000000个数只用了0.29秒,效率提高了几乎10倍!掌握着种方法简直无敌了,不过,我记得fread是封装过的read,如果直接使用read,是不是更快呢?代码如下:
const int MAXN = 10000000; const int MAXS = 60*1024*1024; int numbers[MAXN]; char buf[MAXS]; void read_analyse() { int fd = open("data.txt",O_RDONLY); int len = read(fd,buf,MAXS); buf[len] = '\0'; analyse(buf,len); }
测试发现运行时间仍然是0.29秒,可见read不具备特殊的优势。到此已经结束了吗?不,我可以调用Linux的底层函数mmap,这个函数的功能是将文件映射到内存,是所有读文件方法都要封装的基础方法,直接使用mmap会怎样呢?代码如下:
const int MAXN = 10000000; const int MAXS = 60*1024*1024; int numbers[MAXN]; char buf[MAXS]; void mmap_analyse() { int fd = open("data.txt",O_RDONLY); int len = lseek(fd,0,SEEK_END); char *mbuf = (char *) mmap(NULL,len,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0); analyse(mbuf,len); }
经测试,运行时间缩短到了0.25秒,效率继续提高了14%。到此为止我已经没有更好的方法继续提高读文件的速度了。回头测一下Pascal的速度如何?结果令人大跌眼镜,居然运行了2.16秒之多。程序如下:
const MAXN = 10000000; var numbers :array[0..MAXN] of longint; i :longint; begin assign(input,'data.txt'); reset(input); for i:=0 to MAXN do read(numbers[i]); end.
为确保准确性,我又换到Windows平台上测试了一下。结果如下表:
方法/平台/时间(秒) | Linux gcc | Windows mingw | Windows VC2008 |
scanf | 2.010 | 3.704 | 3.425 |
cin | 6.380 | 64.003 | 19.208 |
cin取消同步 | 2.050 | 6.004 | 19.616 |
fread | 0.290 | 0.241 | 0.304 |
read | 0.290 | 0.398 | 不支持 |
mmap | 0.250 | 不支持 | 不支持 |
Pascal read | 2.160 | 4.668 |
Linux平台上运行程序普遍比Windows上快。
Windows下VC编译的程序一般运行比MINGW(MINimal Gcc for Windows)快。
VC对cin取消同步与否不敏感,前后效率相同。反过来MINGW则非常敏感,前后效率相差8倍。
read本是linux系统函数,MINGW可能采用了某种模拟方式,read比fread更慢。
Pascal程序运行速度实在令人不敢恭维。
希望此文能对大家有所启发,欢迎与我继续讨论。
BYVoid原创 转载请注明
通过cin.tie与sync_with_stdio加速输入输出,可以将cin的速度接近scanf的速度,但具体要更具编译器的情况。
tie
tie是将两个stream绑定的函数,空参数的话返回当前的输出流指针。
sync_with_stdio
这个函数是一个“是否兼容stdio”的开关,C++为了兼容C,保证程序在使用了std::printf和std::cout的时候不发生混乱,将输出流绑到了一起。
应用
在ACM里,经常出现数据集超大造成 cin TLE的情况。这时候大部分人(包括原来我也是)认为这是cin的效率不及scanf的错,甚至还上升到C语言和C++语言的执行效率层面的无聊争论。其实像上文所说,这只是C++为了兼容而采取的保守措施。我们可以在IO之前将stdio解除绑定,这样做了之后要注意不要同时混用cout和printf之类。在默认的情况下cin绑定的是cout,每次执行 << 操作符的时候都要调用flush,这样会增加IO负担。可以通过tie(0)(0表示NULL)来解除cin与cout的绑定,进一步加快执行效率。
如下所示:
reference:
http://meme.biology.tohoku.ac.jp/students/iwasaki/cxx/speed.htmlhttp://www.hankcs.com/program/cpp/cin-tie-with-sync_with_stdio-acceleration-input-and-output.html
下面介绍最快的读取方法,将读入的直接转换为字符串
但一般题目很少卡这个,除非出题人故意卡你读入,这时候就需要开挂了....
void scan_d(int &ret) { char c; ret = 0; while((c=getchar())<'0' || c>'9'); while(c>='0'&&c<='9') ret = ret*10 +(c-'0'),c=getchar(); }
题目在acdream的oj上有1099
贴下AC代码
/*如果输出加速的话,也是差不多,数字转字符,puthcar输出就行
* this code is made by ACXZZ
* Problem: 1099
* Verdict: Accepted
* Submission Date: 2014-06-14 21:57:31
* Time: 936MS
* Memory: 45084KB
*/
#include<iostream>
#include <algorithm>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<queue>
#include<cstdio>
using namespace std;
const int N = 11111111;
void scan_d(int &ret) { char c; ret = 0; while((c=getchar())<'0' || c>'9'); while(c>='0'&&c<='9') ret = ret*10 +(c-'0'),c=getchar(); }
int a
;
int main()
{
int n,k;
cin>>n>>k;
for(int i = 0 ; i<n;i++)
{
scan_d(a[i]);
}
nth_element(a,a+n-k,a+n);
cout<<a[n-k]<<endl;
}
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