笔试编程必备技巧——fstream、sstream处理复杂输入，不定输入

复杂输入

输入输出是笔试编程题目的一个考点，题目中经常会出现比较复杂的输入情况，例如最短路径问题，其输入描述如下：

输入n,m，点的编号是1~n,然后是m行，每行4个数 a,b,d,p，表示a和b之间有一条边，且其长度为d，花费为p。最后一行是两个数 s,t;起点s，终点t。n和m为0时输入结束。
(1

输入示例：

3 2
1 2 5 6
2 3 4 5
1 3
0 0

对于此类包含多行数据的复杂输入，在调试代码时如何提升输入效率是个值得重视的问题。手动输入效率太低，复制粘贴是一种可行的办法，但是每次运行都需要操作一次，而且遇到不定输入的情况，还需要手动按ctrl + c终止，很不方便，这种情况有一种很好的解决方法：文件输入。

文件输入

由于C++代码中要求#include，即使用标准输入输出流，输入输出都需要通过windows的控制台窗口进行，因此当输入复杂时会带来不便。

接下来，本文将以C++语言为例，讲解如何有效应用文件输入解决复杂输入问题。

使用文件输入需要包含头文件，其基本代码如下：

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	ifstream cin("./in.txt");

	cin.close();
	return 0;
}

我们构造一个与标准输入同名的文件输入流ifstream变量cin，它默认以读的方式打开当前目录下的in.txt文件（./代表当前目录，即当前正在编辑的代码文件所在文件夹），之后题目的n、m等所有输入都可以从文件输入流cin中获取，如:

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	ifstream cin("./in.txt");
	int n, m;
	cin >> n >> m;
	...
	cin.close();
	return 0;
}

将题目输入数据复制到in.txt中，直接运行代码即可得到输出结果。因为之前将ifstream变量也命名为cin，因此在提交代码时，将ifstream cin("./in.txt")与cin.close()两行代码注释或删除掉，此时cin又恢复成默认的标准输入流了，直接提交代码即可。

文件输入使用流程

接下来以Visual Studio 2017（Enterprise）为例，介绍使用文件输入的流程。

定义文件输入代码模板
事先定义一个使用文件输入的代码模板，在包含常用头文件的基础上，包含前述文件输入代码，例如：

#include "pch.h"
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	ifstream cin("./in.txt");


	cin.close();
	return 0;
}

代码模板可以由代码片段功能实现，若遇到输入较复杂的题目，使用快捷键展开为文件输入模板。

创建 in.txt 文件
右键当前正在编辑的cpp文件，打开文件所在的文件夹，在弹出的资源管理器窗口中新建in.txt文件，将题目输入全部复制到该文件中，保存退出。

编辑代码并运行
正常编辑代码，运行即可，此时不再需要手动输入数据，可以直接得到运行结果。

提交代码
代码调试完毕，将以下三行注释或删除掉：

#include “pch.h”
ifstream cin("./in.txt");
cin.close();

其余代码即可正常提交，关于pch.h头文件的说明见代码片段这篇文章。

最短路径问题虽然输入较为复杂，但输入内容是固定的，因此在编写输入代码时难度不大，只是文件输入可以“一劳永逸”，效率更高而已，但是输入不定的情况下，其优势非常明显。

不定输入

不定输入在笔试中是一个令人头疼的问题，它通常分为两种情况：输入行数不定，每行输入内容不定，例如流水线问题：

题目有m行输入，代表有m条流水线，m的数值未定
其中每行有若干个整数，代表当前流水线上若干个物品的编号，每两个整数之间用空格隔开
请将所有流水线上的物品按照编号升序排列并输出。

上述输入就包含了所述的两种情况，下面我们分别对其进行处理。

每行输入不定

对于每行输入不定的情况，基本只有一种解决方法，使用getline将整行作为字符串读入，然后按照题目输入规则进行拆分。在拆分时，可以自己实现split函数，这里要介绍的是使用字符串流sstream，其代码实现如下：

#include // 包含头文件
	...
	string line;
	getline(cin, line); // 使用 getline 读入当前整行
	istringstream is(line); // 用 line 构造输入字符串流 is
	int tmp;
	vector<int> curLine;
	while (is >> tmp) // 用 is 作为输入流，输入到 tmp
	{
		curLine.push_back(tmp);
	}

以上代码实现的功能为：将当前行若干个整数依次添加到curLine中，这里需要注意的有两点：

1. is是以字符串line构造的输入字符串流，那么之后它的作用类似于标准输入流cin，可以对int、string等变量进行输入赋值，其风格与cin相同，单次输入遇到空格与回车停止，不读入空格与回车，下次读入时跳过空格与回车，直到有效输入开始，并一直读到下一个空格或回车时结束，该过程持续到读到字符串末尾后结束。由于当前字符串不包含回车，因此该代码实现的功能为：按空格拆分字符串。
2. 输入代码is >> tmp若输入成功，会有非零返回值（cin同样），因此可以作为while循环的判断条件，当到达字符串末尾后输入失败，返回值为0，循环结束，以此来处理输入不定的情况。

由此可以总结，对每行输入不定情况的处理方法即为：将当前行整个读入到字符串中，然后按照指定规则拆分字符串，其中我们借助到了输入字符串流istringstream，它可以实现类似于cin风格的赋值操作，并借助输入成功有非零返回值这一特性，使用while循环来控制结束。

另外，有些题目每行内容并非是按照空格分隔，如将题目改为：

每两个整数之间用','隔开，如1,2,3

那么又该如何处理呢？一种可行的办法是读入字符串后，将其中所有的 ',' 改为空格，但这种方法效率不高，我们介绍一种使用getline按照指定字符拆分字符串的方法：

	string line; 
	getline(cin, line); //同上
	istringstream is(line); // 同上
	vector<int> curLine;
	string tmp; // 注意，这里必须将 tmp 定义为 string 变量
	while (getline(is, tmp, ',')) // 按照 ',' 拆分字符串
	{
		curLine.push_back(stoi(tmp));
	}

以上代码实现的功能为，使用getline将is按照','拆分依次赋值给tmp，这里要求tmp必须为string类型。有些情况下，使用stoi函数会出现一些问题，这里建议统一使用atoi函数：

curLine.push_back(atoi(tmp.c_str()));

输入行数不定

处理输入行数不定的情况，其核心在于利用流输入的返回值，使用while循环进行控制。

每行内容固定
虽然行数不定，但每行内容固定的情况处理时较为简单，例如：

有若干行输入，每行有3个整数，分别为 x, y, z

那么这种情况可以直接用如下方式读入：

	int x, y, z;
	while(cin >> x)
	{
		cin >> y >> z;
		...
	}

每行内容不定
如流水线问题，输入行数不定，每行内容也不定，这种情况下需要使用getline每次读入一行，并用while循环控制，其代码如下：

	string line;
	while(getline(cin, line))
	{
		...
	}

读入之后再对每行单独处理即可。

完整代码
之前提到，对于不定行输入的情况下，手动输入需要按ctrl + c手动停止，而使用文件输入的话，当读到文件末尾时while循环会自动停止，因此输入代码建议结合文件输入使用。

接下来，我们给出流水线问题的完整输入代码以供参考：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	ifstream cin("./in.txt");

	string line;
	vector<vector<int> > input;
	while (getline(cin, line))
	{
		istringstream is(line);
		vector<int> curLine;
		int tmp;
		while (is >> tmp)
		{
			curLine.push_back(tmp);
		}
		input.push_back(curLine);
	}
	... // 解题代码
	cin.close();
	return 0;
}

若题目说明为用','分隔，则将处理代码对应修改即可。

需要注意的是，若将vector curLine定义在循环外部，则循环内需要在最后添加代码curLine.clear();，切记！

使用 getline 的注意事项

假如有这样一道航班信息的题目，输入如下：

第一行为两个整数 n, m, 代表有 n 个城市，m 批次开放的航班信息
接下来有 m 行
每一行包含该批次开放的若干个航班信息，每个航班信息用 "a,b,w"的形式表示，表示从城市 a 飞到城市 b 需要价格为 w，每两个航班信息之间用空格隔开。

输入案例如下

9 2
1,2,5 2,4,6
1,3,6 3,7,9 7,8,9

该题的输入方法非常复杂，我们需要对输入处理得到所有的航班信息，思路为沿用之前的读入框架，对每行的处理方法为首先按空格拆分为若干个航班信息，再对每个航班按照','拆分得到每个航班的信息，参考代码如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	ifstream cin("./in.txt");

	int n, m;
	cin >> n >> m;
	string line;
	vector<vector<int> > flight; // 每一行为一个独立的航班信息
	vector<int> curFlight; // 单个独立的航班信息，大小为3，形式对应为 a b w
	for(int i = 0; i < m; ++i) // 读入 m 行
	{
		getline(cin, line); // 读入每一行
		istringstream is(line); // 用 line 创建输入字符串流
		string tmp; // 按空格拆分后的单元为 “a,b,w"形式，故应用string
		while (is >> tmp) // tmp 为单个航班信息字符串
		{
			istringstream istmp(tmp); // 使用 tmp 创建新的输入字符串流
			string tmpStr; // 使用 getline拆分，此处必须为 string
			while (getline(istmp, tmpStr, ',')) // 按 ',' 拆分
			{
				curFlight.push_back(atoi(tmpStr.c_str())); // 依次放入 curFlight 数组中
			}
			flight.push_back(curFlight); // 添加到 flight 中
			curFlight.clear(); // 因curFlight定义在循环外，这里要清空
		}	
	}
	//...
	cin.close();
	return 0;
}

上述代码处理读入的思路非常正确，但当我们编写完代码运行的时候，会发现结果却不对。读者不妨测试一下，新建一个cpp文件，复制上述代码，添加代码输出flight信息，新建in.txt文件并写入输入案例，运行或进行调试，会发现flight中只有两条航班信息：

1 2 5
2 4 6

对比输入案例发现，这两条是第一批次开放的航班信息，而第二批次的航班信息没有读入，这是为什么呢？

读入规则
之前介绍过，使用输入流直接对 string，int 等变量赋值时，是通过空格和回车来分隔的，具体如下

1. 从第一个不为空格和回车的字符开始，一直读到下一个为空格或回车停止，中间部分为读入内容；
2. 不读入空格和回车；
3. 下次读入时，跳过空格和回车，重复步骤 1 与 2。

而getline是一次读入一整行，其规则如下：

1. 从当前位置开始，一直读入，直到遇到回车（换行符）停止；
2. 读入内容包含回车。

假设有下面两行输入

abc 123
def

当我们输入时，按键过程如下

abc' '123'\n'def'\n'

其中' '表示实际的空格键，'\n'表示实际的回车键。

若我们使用输入流，其读入过程如下：

string str;
int num;
cin >> str; // 从读入字符'a'开始，读到'c'停止， str = abc
cin >> num; // 读入空格，跳过，从字符'1'开始，读到'3'停止，以 int 的形式读入，num = 123
cin >> str; // 读入回车，跳过，从字符'd'开始，读到'f'结束，str = def

即使 abc 和 123 之间有多个空格与回车，读入时都会依次跳过。

若结合使用getline，其读入过程如下：

string str;
cin >> str; // 从读入字符'a'开始，读到'c'停止， str = abc
getline(cin, str); // 从当前位置' '开始，一直读到'\n'结束，str = ' 'abc 123\n
getline(cin, str); // 从当前位置'd'开始，一直读到'\n'结束，str = def\n

似乎读入很正常，但是如果我们想要分别以string和int的类型读入abc和123，而将def以整行读入，我们执行以下代码：

string str1, str2;
int num;
cin >> str1 >> num;
getline(cin, str2);

此时str1和num都能正确读入，但str2的内容却不是预期的def。这是因为根据读入规则，读入num时在'3'处停止，而接下来调用getline函数时，会从当前位置开始，读到'\n'结束，由于123后面的换行符'\n'还留在输入流中，故此时str2 = "\n"。

到这里，我们就发现了问题所在，在航班信息的输入中，我们先输入了n、m两个整数，却并未读入m后面的换行符。接下来我们用for循环调用m次getline函数，在第一次的读入会发生line = "\n"。由于getline函数会将当前行的换行符一起读入，所以在这之后的每行数据都能正确读入。

综上，所写代码只能正确读入测试案例中m - 1行信息，最后一行信息会丢失。

解决方法
当使用getline函数，而之前有其它的变量使用流输入时需要注意该问题，首先将流中的换行符跳过，再开始使用getline函数。

一般情况下，可以使用cin.get()函数空读一个字符，但是有些题目为了增加输入难度，会在数字后面添加空格，再添加换行，这种情况使用cin.get()也会出现问题，因此，我们建议直接使用getline(cin, line)空读一次，根据其规则，line会一直将当前行读完，包括最后的换行符，之后就可以正常读取了。

修改代码如下：

	int n, m;
	cin >> n >> m;
	string line;
	getline(cin, line); // 将当前行剩余内容读完，包括换行符
	vector<vector<int> > flight;
	for(int i = 0; i < m; ++i)
	{
		getline(cin, line); // 正常读入
		//...
	}

再运行代码即可发现，flight包含了全部的5条航班信息。