输入与输出
一、标准输入流
1. C标准输入
C语言使用标准输入输出函数，需要包含头文件
标准输入流对缓冲区的理解
stdin是一个文件描述符（Linux）或句柄（Windows），它在 C 程序启动时就被默认分配好。在 Linux 中一切皆文件，stdin也相当于一个可读文件，它对应着键盘设备的输入。因为它不断地被输入，又不断地被读取，像流水一样，因此通常称作输入流。
stdin是一种行缓冲I/O。当在键盘上键入字符时，它们首先被存放在键盘设备自身的缓存中（属于键盘硬件设备的一部分）。只有输入换行符时，操作系统才会进行同步，将键盘缓存中的数据读入到stdin的输入缓冲区（存在于内存中）。所有从stdin读取数据的输入流，都是从内存中的输入缓冲区读入数据。当输入缓冲区为空时，函数将被阻塞。
若无特殊说明，以下所有的**“缓冲区”**均是指内存中的stdin输入缓冲区。用户程序中自定义的buffer数组、str数组等，将称作“数组”、“变量”，以免产生混淆。
scanf()
按照特定格式从stdin读取输入。
scanf(格式控制符,地址列表);
用法示例
char str[100];
int a;
scanf("%s %d", str, &a); // 注意，传入的一定是变量的地址
对空白字符的处理
1.缓冲区开头：丢弃空白字符（包括空格、Tab、换行符），直到第一个非空白字符才认为是第一个数据的开始。
2.缓冲区中间：开始读取第一个数据后，一旦遇到空白字符（非换行符）， 就认为读取完毕一次。遇到的空白字符残留在缓冲区，直到下一次被读取或刷新。例如输入字符串this is test，则会被认为是3个字符串。
3.缓冲区末尾：按下回车键时，换行符\n残留在缓冲区。换行符之前的空格可以认为是中间的空白字符，处理同上。
注意，格式控制符只会读取正确类型的变量。如果输入格式不正确，比如在%d处输入了一个字符a，则会使读取中断，即后续不读取任何变量。
格式控制符说明
| 类型 | 类型输入 | 参数类型 |
|---|---|---|
%d |
十进制整数 | int * |
%u |
无符号十进制整数 | unsigned int * |
%o |
八进制整数 | int * |
%x |
十六进制整数 | int * |
%f %e %g |
浮点数 | float * |
%lf %le %lg |
双精度浮点数 | double * |
%c |
单个字符（含空白字符） | char * |
%s |
字符串 | char *（字符数组的地址） |
%lld |
长整型 | long long * |
%Lf |
更高精度浮点数 | long double * |
注意，%c是一个比较特殊的格式符号，它将会读取所有空白字符，包括缓冲区开头的空格、Tab、换行符，使用时要特别注意。
scanf()的读取也没有边界，所以并不安全。C11 标准提供了安全输入scanf_s()。
scanf()对应的输出函数是printf()。
强制输入格式
1.如果格式控制串中有非格式字符则输入时也要输入该非格式字符。
scanf("%d,%d,%d",&a,&b,&c);
其中用非格式符“ , ”作间隔符，故输入时应为：5,6,7。又如：
scanf("a=%d,b=%d,c=%d",&a,&b,&c);
则输入应为：a=5,b=6,c=7。
2.控制长度
用十进制整数指定输入的宽度（即字符数）。
例如（数据截取）：
scanf("%5d",&a);
输入12345678只把12345赋予变量a，其余部分被截去。
又如（数据切分）：
scanf("%4d%4d",&a,&b);
输入12345678将把1234赋予a，而把5678赋予b。
注意，scanf函数中没有精度控制，如：scanf("%5.2f",&a);是非法的。不能企图用此语句输入小数为2位的实数。
gets() - 不建议
按下回车键时，从stdin读取一行。
用法示例
char str[100];
gets(str);
对空白字符的处理
1.所有空格、Tab等空白字符均被读取，不忽略。
2.按下回车键时，缓冲区末尾的换行符被丢弃，字符串末尾没有换行符\n，缓冲区也没有残留的换行符\n。
注意，gets()不能指定读取上限，因此容易发生数组边界溢出，造成内存不安全。C11 使用了gets_s()代替gets()，但有时编译器未必支持，因此总体来说不建议使用gets()函数来读取输入。
gets()对应的输出函数是puts()。
fgets()
从指定输入流读取一行，输入可以是stdin，也可以是文件流，使用时需要显式指定。
读取文件流示例
char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;
FILE *fp = fopen("...test.txt", "r");
if (fp == NULL) {
printf("File open Error!\n");
exit(1);
}
while (fgets(str, sizeof(str), fp) != NULL)
printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);
fclose(fp);
读取stdin示例
char str[100];
memset(str, 0, sizeof(str));
int i = 1;
while (fgets(str, sizeof(str), stdin) != NULL)
printf("line%d [len %d]: %s", i++, strlen(str), str);
对空白字符的处理
1.所有空格、Tab等空白字符均被读取，不忽略。
2.按下回车键时，缓冲区末尾的换行符也被读取，字符串末尾将有一个换行符\n。例如，输入字符串hello，再按下回车，则读到的字符串长度为6。
fgets()函数会自动在字符串末尾加上\0结束符。
第 2 个参数n指定了读取的最大长度。函数读到n-1个字符（包括换行符\n）就会停止，并在末尾加上\0结束符。剩余字符将残留在缓冲区。
建议使用fgets()完全替代gets()。
fgets()对应的输出函数是fputs()。
getchar()
从stdin读取一个字符。
getchar()实际上也由fgetc()宏定义而来，只是默认输入流为stdin。
用法示例
char a;
a = getchar();
对空白字符的处理
1.所有空格、Tab、换行等空白字符，无论在缓冲区开头、中间还是结尾，均会被读取，不忽略。
2.因为只读取一个字符，所以如果输入多于1个字符（包括换行符），则它们均会残留在缓冲区。具体地说，如果什么字符都不输入，直接按下回车键，则读取到的是换行符\n，缓冲区无任何残留；如果输入一个字符如a，然后按下回车键，则读取到的是字符a，同时换行符\n残留在缓冲区。
getchar()常常用于清理缓冲区开头残留的换行符。当知道缓冲区开头有\n残留时，可以调用getchar()但不赋值给任何变量，即可实现冲刷掉\n的效果。
getchar()对应的输出函数是putchar()。
gerchar()是快读的模板基础。
2. C++标准输入
C++中使用标准输入输出需要包含头文件iostream类进行流操作，其封装很完善，也比较复杂，本文只介绍一部分。
cin
cin是 C++ 的标准输入流对象，即istream类的一个对象实例。cin有自己的缓冲区，但默认情况下是与stdin同步的，因此在 C++ 中可以混用 C++ 和 C 风格的输入输出（在不手动取消同步的情况下）。
cin与stdin一样是行缓冲，即遇到换行符时才会将数据同步到输入缓冲区。
cin的用法非常多，只列举常用的几种。最常用的就是使用>>符号（我认为该符号形象地体现了“流”的特点）。
用法示例
int a, b;
cin >> a >> b;
char str[20];
cin >> str;
cin对空白字符的处理与scanf一致。即：跳过开头空白字符，遇到空白字符停止读取，且空白字符（包括换行符）残留在缓冲区。
如果不想跳过空白字符，可以使用流控制关键词noskipws（no skip white space），但这只对单个字符有效（类似于scanf中的%c）。
char c;
cin >> noskipws >> c;
注意，cin对象属于命名空间std，如果想使用cin对象，必须在 C++ 文件开头写using namespace std，或者在每次用到的时候写成std::cin。
cin.get()
读取单个或指定长度的字符，包括空白字符。
用法示例
char a, b;
char str[20];
// 读取一个字符，读取失败时返回0，多余字符残留在缓冲区（包括换行符）
a = cin.get();
// 读取一个字符，读取失败时返回EOF，多余字符残留在缓冲区（包括换行符）
cin.get(b);
// 在遇到指定终止字符（参数3）前，至多读取n-1个（参数2）字符
// 当不指定终止字符时，默认为换行符\n
// 如果输入的字符个数小于等于n-1（不含终止字符），则终止字符不残留在缓冲区
// 如果输入的字符个数多于n-1（不含终止字符），则余下字符将残留在缓冲区
cin.get(str, sizeof(str), '\n');
cin.get()读取单个字符时，类似于 C 中的getchar()，对空白字符的处理也与其一致。cin.get()读取的字符也可以赋值给整型变量。
cin.get()读取指定长度个字符时，类似于 C 中的fgets()，但在换行符的处理上不同。它们都不会使换行符残留在缓冲区，但fgets()会将缓冲区末尾的换行符\n也写入字符串，而cin.get()会丢弃缓冲区末尾的\n。即：当输入test时，用fgets()读取得到的字符串长度为5，用cin.get()读取得到的字符串长度为4。
cin.getline()
读取指定长度的字符，包括空白字符。
用法示例
char str[20];
cin.getline(str, sizeof(str)); // 第3个参数也可以指定终止字符
cin.getline()与cin.get()指定读取长度时的用法几乎一样。区别在于，如果输入的字符个数大于指定的最大长度n-1（不含终止符），cin.get()会使余下字符残留在缓冲区，等待下次读取；而cin.getline()会给输入流设为 Fail 状态，在主动恢复之前，无法再进行正常输入。
getline()
getline()并不是标准输入流istream的函数，而是字符串流sstream的函数，只能用于读取数据给string类对象，使用时也需要包含头文件
如果使用getline()读取标准输入流的数据，需要显式指定输入流。
用法示例
string str;
getline(cin, str);
getline()会读取所有空白字符，且缓冲区末尾的换行符会被丢弃，不残留也不写到字符串结尾。同时，由于string对象的空间是动态分配的，所以会一次性将缓冲区读完，不存在读不完残留在缓冲区的问题。
需要注意的是，假如缓冲区开头就是换行符（比如可能是上一次cin残留的），则getline()会直接读取到空字符串并结束，不会给键盘输入的机会。所以这种情况下要注意先清除开头的换行符。
在 C 中，建议使用scanf()进行格式化读取，用fgets()读取整行，用getchar()读取单个字符。
在 C++ 中，建议使用cin >>进行格式化读取，而cin.get()、cin.getline、getline(string)有各自的适用情况。
注意fgets()和cin.get()在对换行符的清理方面有所区别。
二、标准输入流
1. C标准输出
printf()
按照特定格式将stdout缓冲区的内容打印到终端。
用法示例
printf("Number a = %d", a); // 十进制整数
printf("Number b = %.2f", b); // 浮点数，保留两位小数
printf("String s = %s", s); // 字符串
printf()的写法与scanf()十分相像。区别在于scanf()中一般只有格式控制字符，而没有其他普通字符，而printf()中常常是在一串字符中把要替换的内容写为格式控制字符，从而形成格式化输出的效果。
强制输出格式
例如输出浮点数printf("%m.nlf",num)，表示将num保留n位小数，长度为m输出。
printf("%5d",25); //25仅有两位不够五位，25前补4位空格输出
printf("%05d",25); //位数不够前补3个0，输出"00025"
printf("%05.2lf",3.1415926); //输出03.14（小数点也算一位长度）
puts()
将字符串和一个尾随的换行符\n写入到stdout的缓冲区。根据行缓冲的性质，终端也会立即进行打印显示。
用法示例
puts("hello"); // 立即输出hello并换行
puts()对换行符的处理与gets()“相反”。gets()会自动丢弃一个换行符，而puts()则是自动写入一个换行符。
fputs()
将字符串写入指定输出流，可以是文件流、stdout或stderr等。stderr是标准错误流，它是无缓冲的，会立即输出到屏幕，而不是等待换行符才输出。
用法示例
fputs("hello world", stdout); // 不会立即输出
fputs("hello world\n", stdout); // 立即输出
fputs("hello world", stderr); // 立即输出
与fgets()一样，fputs()不会主动操作换行符。如果希望立即输出，需要自己加上换行符\n。
putchar()
将一个字符写入到标准输出流stdout。
用法示例
char c = 'x';
putchar(c);
同上，putchar()不操作换行符。如果希望立即输出，需要自己加上换行符\n。
2. C++标准输入
cout
cout是ostream类的一个实例。cout是行缓冲的。
用法示例
char str[] = "hello world";
cout << "str: " << str << endl;
插入endl对象时，将立即清空输出缓冲区并显示，然后输出一个换行符\n。
也有cout.put()等函数，不常用。
三、输入输出的加速优化
1.cin和cout优化
在默认情况下，std::cin/std::cout 是极为迟缓的输入/输出方式，而 scanf/printf 比 std::cin/std::cout 快得多。
这是因为在默认情况下，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。由于这个特性，所以导致cin和cout有许多额外的开销。
那么我们如何禁用这个特性呢？
关闭同步/解除绑定
std::ios::sync_with_stdio(false)
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 printf 和 std::cout 的时候不发生混乱，将输出流绑到了一起。
这其实是 C++ 为了兼容而采取的保守措施。我们可以在进行 IO 操作之前将 stdio 解除绑定，但是在这样做之后要注意不能同时使用 std::cin/std::cout 和 scanf/printf。更严格的来说：关闭之后C++ IO和C IO 两者不能混用，否则会造成IO混乱。(这里建议只使用cin和cout就好)。
tie函数加速
还有一种影响速度的原因是：在默认的情况下std::cin 绑定的是 std::cout ，每次执行 << 操作符的时候都要调用 flush()，这样会增加 IO 负担。
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。 可以通过std::cin.tie(0) 和std:cout.tie(0)（0 表示 NULL）来解除 std::cin与 std::cout的绑定，进一步加快执行效率。
在这两种情况优化下，std::cin和std::cout的速度就和scanf和printf基本一样了，甚至更快。
代码：
std::ios::sync_with_stdio(false);
std::cin.tie(0);
std::cout.tie(0);
//如果编译开启了 C++11 或更高版本，建议使用 std::cin.tie(nullptr);
2.快读快写（读写整数）
read（快读）
众所周知， getchar() 是用来读入 1 byte 的数据并将其转换为 char 类型的函数，且速度很快，故可以用“读入字符——转换为整型”来代替缓慢的读入
每个整数由两部分组成——符号和数字，整数的 ‘+’ 通常是省略的，且不会对后面数字所代表的值产生影响，而 ‘-’ 不可省略，因此要进行判定。
10 进制整数中是不含空格或除 0~9 和正负号外的其他字符的，因此在读入不应存在于整数中的字符（通常为空格）时，就可以判定已经读入结束
C 和 C++ 语言分别在 ctype.h 和 cctype 头文件中，提供了函数 isdigit , 这个函数会检查传入的参数是否为十进制数字字符，是则返回 true ，否则返回 false 。对应的，在下面的代码中，可以使用 isdigit(ch) 代替 ch >= ‘0’ && ch <= ‘9’ ，而可以使用 !isdigit(ch) 代替 ch <‘0’ || ch> ‘9’。
inline int read()
{
int x=0,f=1;
char ch=getchar();
while(ch<'0'||ch>'9')
{
if(ch=='-')
f=-1;
ch=getchar();
}
while(ch>='0' && ch<='9')
x=x*10+ch-'0',ch=getchar();
return x*f;
}
write（快写）
同样是众所周知， putchar 是用来输出单个字符的函数,因此将数字的每一位转化为字符输出以加速,要注意的是，负号要单独判断输出，并且每次 %（mod）取出的是数字末位，因此要倒序输出。
void write(int x)
{
if(x<0)
putchar('-'),x=-x;
if(x>9)
write(x/10);
putchar(x%10+'0');
return;
}
3.O2优化
代码：
#pragma GCC optimize(2) //实在不行o3优化