【原创】整数读入优化 C++

一、背景

这是某道题目的状态：

我的代码：

大牛的代码：

我瞬间萌币了！

我有这么慢？Are you kidding me?

点进去一看：

void Read(int & p)
{
	p=0;
	int flag=1;
	char c=getchar();
	while(c<'0' or c>'9') 
	{
		if(c=='-') flag=-1;
		c=getchar();
	}
	while(c>='0' and c<='9')
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
	p*=flag;
}

这是什么？

原来，这是读入优化啊！

二、读入优化的原理与实现

C语言和C++库里有很多种输入方式，我们最常用的是scanf和cin。除此之外，还有：

char c[]; gets(c);//读入一行字符串，但是需要注意的是，它只会在遇到'\n'后停止，不会因为超过c的内存上限而停止。所以容易溢出。

char c[]; fgets(c,len,stdin);//读入一行字符串。和gets不同的是，它如果读入了len-1个字符，就会停止。

char c=getchar();//就像scanf一样，只读入一个字符，并返回这个字符，需要#include头文件。与scanf不同的是，它没有缓冲，也就意味着它会更快。

char c=getch();//直接读入一个字符，而不会回显。也就是说，你读入了一个字符，它不会在界面里显现而直接读入getch，getch也会直接返回这个字符。比如说你写了一个程序小游戏，你肯定不希望看到wasdwasdwasd满天飞，所以就用getch。需要#include头文件。同样，它没有缓冲。

等等。

可以看到，getchar比scanf更快。我们可不可以用getchar来改进我们的输入呢？

下面以整数的读入优化为例。其实我也只会整数的读入优化。。。

让我们随便写一个整数：

令p=123456789

如果用getchar，它会读入一个字符‘1’，然后读入'2','3','4'......

怎么产生数字呢？我们用'1'-'0'(实质是ASCII码的运算)，结果就是数字1。

同理，char c=getchar(); int k=c-'0'; 就可以得到这个数字k。

现在要把所有的k加到一起，得到p。

让我们一步一步地来：

因为我们一次只读入一位，所以要把这个数拆成一位一位的形式。

最高位,1=1;

前两位,12=1*10+2;

前三位,123=1*100+2*10+3=12*10+3;

前四位,1234=1*1000+2*100+3*10+4=123*10+4;

.......

规律已经很明显了。

每读入一个代表数字的字符c，p=p*10+c-'0';

我们只需要不停地while(c>='0' and c<='9')，并且处理p即可。

问题来了，如果这个c不代表数字，比如说：

123  456

789

123和456中间有空格，456和789之间有换行，怎么处理呢？

因为这里是三个整数，读入了123以后，还剩下“  456”，前两个c=‘ ’肯定不能让c-‘0’算在p里面。因此，我们需要跳过不是代表数字的字符。

我们就可以写出一个基本的整数读入优化：

void Read(int & p)
{
	p=0;
	char c=getchar();
	while(c<'0' or c>'9') c=getchar();
	while(c>='0' and c<='9')
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
}

要读入整数p，只需要调用Read(p)即可。

除了这种，比较常用的是

int Read()
{
	int p=0;
	char c=getchar();
	while(c<'0' or c>'9') c=getchar();
	while(c>='0' and c<='9')
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
	return p;
}

调用p=Read();即可。

其实(c>='0' and c<='9')也是一个函数isdigit(c)，如果c是代表数字的字符，就返回1，否则返回0，需要#include头文件。

所以也可以写成：

void Read(int & p)
{
	p=0;
	char c=getchar();
	while(!isdigit(c)) c=getchar();
	while(isdigit(c))
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
}

的形式。

三、整数读入优化的特殊处理——负数

对于一个负数，读入优化只会读入数字，负号并不会被读入。

所以需要读入负数，要特判这个字符是不是负号，如果是，那么这个值要改成负数。

这就是文章开头的代码：

void Read(int & p)
{
	p=0;
	int flag=1;
	char c=getchar();
	while(c<'0' or c>'9') 
	{
		if(c=='-') flag=-1;
		c=getchar();
	}
	while(c>='0' and c<='9')
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
	p*=flag;
}

但是，这个代码有一个弊端。所有的‘-’都必须代表负号。如果是减号，比如4-3，就会读错。

四、验证读入优化的效率

用freopen生成五百万个数的文本，并分别用scanf，cin和读入优化读入。

文本生成：

#include
int main()
{
	freopen("test.txt","w",stdout);
	const int N=5000000;
	for(int i=1;i<=N;i++)
		printf("%d  ",N);
}

验证程序：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
void s(int & p)
{
	scanf("%d",&p);
}
void c(int & p)
{
	cin>>p;
}
void Read(int & p)
{
	p=0;
	char c=getchar();
	while(!isdigit(c)) c=getchar();
	while(isdigit(c))
		p=p*10+(c-'0'),c=getchar();
}
double t1,t2;
int main()
{
	freopen("test.txt","r",stdin);
	int p;
	
	t1=clock();
	//for(int i=1;i<=5000000;i++) s(p);
	//for(int i=1;i<=5000000;i++) c(p);
	for(int i=1;i<=5000000;i++) Read(p);
	t2=clock();
	
	//printf("scanf took %.2lf second",(t2-t1)/1000);
	//printf("cin took %.2lf second",(t2-t1)/1000);
	printf("Read took %.2lf second",(t2-t1)/1000);
}

结果：

scanf took 0.85 second

cin took 14.63 second

Read took 0.35 second

所以说读入优化还是很快的。