【算法竞赛】C/C++ 的输入输出你真的玩会了吗？
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前言
在编程的世界中，输入输出（I/O）是与用户或外部系统交互的基础。C 和 C++ 提供了强大的 I/O 机制，从简单的 printf 和 scanf 到 C++ 的流式操作 cin 和 cout，看似简单，实则暗藏玄机。许多开发者在使用过程中可能会遇到缓冲区问题、格式控制陷阱、性能瓶颈，甚至安全性隐患。
本文将对 C/C++ 一些关于在输入输出的问题进行一一打击。
1. OJ（online judge）题目输入情况汇总
在竞赛的 OJ 题目中，一般关于输入场景总结为下面四类：
由于单独讲解可能体验不是那么深，所以接下来，我们就结合题目，给大家分别介绍。
1.1 单组测试用例
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int a, b, c; cin >> a >> b >> c; cout <<(a + b)/ c << endl;return0;}
思路：
先输入 n，之后循环产生 1~n 的数字，接着找出与 7 无关的正整数，最后求平方和。
那么如何产生与 7 无关的正整数呢？
我们不如先找与 7 相关的正整数，然后取反就能得到与 7 无关的正整数。
又由题目知道 n < 100，所以只需在 100 内的数字进行判断。
即与 7 相关的条件有：被 7 整除，%10 == 7（个位），/10 == 7（十位）
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int n; cin >> n;int i =1;int sum =0;while(i <= n){if(i %7!=0&& i %10!=7&& i /10!=7){ sum +=(i * i);} i++;} cout << sum << endl;return0;}1.2 多组测试用例
1.2.1 测试数据组数已知
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int n;//表示数据组数 cin >> n;int a, b;//每行输入的a,b值 while(n--){ cin >> a >> b; cout << a + b << endl;}return0;}斐波那契数列：1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 …
特点：前两个数的和是第三个数
斐波那契有多种做题办法：
参考代码：
- 正常的循环嵌套：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int n, a; cin >> n;while(n--){ cin >> a;int x =1;int y =1;int z =1;while(a >2){ z = x + y; x = y; y = z; a--;} cout << z << endl;}}- 由题目可知，题目把所求范围限制在 1~30 之间，所以提前算出前 30 个斐波那契数，存储下来输入 Q 后，直接拿取第 a 个斐波那契数：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int n, a, i;int ret[35]={0,1,1};for(i =3; i <30; i++){ ret[i]= ret[i -1]+ ret[i -2];} cin >> n;while(n--){ cin >> a; cout << ret[a]<< endl;}return0;}- 还有一种方法是递归，后面会进行讲解
思路：输入 s，t，qq 次询问
while(q–)
{ }
处理一组数据
输入 l1，r1，l2，r2取出子串 s1，t1比较子串的大小，并输出
字符串的比较 - 支持关系运算的比较
参考代码：
#include<iostream>#include<string>usingnamespace std;intmain(){ string s, t; cin >> s >> t;int q; cin >> q;int l1, r1, l2, r2;while(q--)// 这种写法是常?的处理 q 次询问的方式 { cin >> l1 >> r1 >> l2 >> r2; string s1 = s.substr(l1 -1, r1 - l1 +1);// 注意这道题的字符串是从 1 开始计数的 string t1 = t.substr(l2 -1, r2 - l2 +1);if(s1 < t1){ cout <<"yifusuyi"<< endl;}elseif(s1 > t1){ cout <<"erfusuer"<< endl;}else{ cout <<"ovo"<< endl;}}return0;}⭐编程技巧：
题目中说"有 q 次询问"，意思是程序要处理q组测试数据，（也就是对应 q 次循环），我们要针对每次询问，给出一个结果。
其实就是之前的单组测试变成了 q 组测试，在之前的代码上套一层 while 循环即可。当有 q 次询问的时候，while(q–) 是非常方便的方式。然后就按照单组输入的方式处理每组输入的数据就好了。
1.2.2 测试数据组未知
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int a, b;while(cin >> a >> b){ cout << a + b << endl;}return0;}📌cin >> a; 会返回一个流对象的引用，即 cin 本身。在 C++ 中，流对象 cin 可以被用作布尔值来检查流的状态。如果流的状态良好（即没有发生错误），流对象的布尔值为 true。如果发生错误（如遇到输入结束符或类型不匹配），布尔值为 false。在 while (cin >> a >> b) 语句中，循环的条件部分检查 cin 流的状态。如果流成功读取到 2 个值，cin >> a >> b 返回的流对象 cin 将被转换为 true，循环将继续。如果读取失败（例如遇到输入结束符或无法读取到2个值），cin >> a >> b 返回的流对象 cin 将被转换为 false，循环将停止。
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int n;while(cin >> n){for(int i =1; i <= n; i++){for(int j =1; j <= i; j++){ cout << j <<" ";} cout << endl;}}}
思路：先输入 n，指明要存储多少个数
2.再输入 m，并和输入的数组中的数据进行比较查找
3.只要查找的一出现就输出并跳出循环，如果没有就输出 No
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;constint N =25;int arr[N];intmain(){int n, m;while(cin >> n){for(int i =0; i < n; i++){ cin >> arr[i];} cin >> m;int i =0;for(i =0; i < n; i++){if(m == arr[i]){ cout << i << endl;break;}}if(i == n){ cout <<"No"<< endl;}}return0;}1.2.3 特殊值结束测试数据
参考代码：
//代码1#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int ch =0;int Letters =0;int Digits =0;int Others =0;while((ch =getchar())!='?'){if((ch >='a'&& ch <='z')||(ch >='A'&& ch <='Z')){ Letters++;}elseif(ch >='0'&& ch <='9'){ Digits++;}else{ Others++;}} cout <<"Letters="<< Letters << endl; cout <<"Digits="<< Digits << endl; cout <<"Others="<< Others << endl;return0;}//代码2#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){ string s;int Letters =0;int Digits =0;int Others =0;getline(cin, s); s.pop_back();//去掉? for(auto ch : s){if((ch >='a'&& ch <='z')||(ch >='A'&& ch <='Z')) Letters++;elseif(ch >='0'&& ch <='9') Digits++;else Others++;} cout <<"Letters="<< Letters << endl; cout <<"Digits="<< Digits << endl; cout <<"Others="<< Others << endl;return0;}这里判断大小写字母和数字可以用一种简单的方法来判断，运用函数：
if(islower(ch)||isupper(ch)) Letters++;elseif(isdigit(ch)) Digits++;else Others++;当然判断字母还能再简化一下
if(isalpha(ch)) Letters++;elseif(ch >='0'&& ch <='9') Digits++;else Others++;
参考代码：
#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){int a =0, b =0;while(cin >> a >> b, a && b){ cout << a + b << endl;}return0;}这里的逗号表达式简单介绍一下：从左往右依次计算整个表达式的结果是最后一个表达式的结果
OK 了，有关OJ（online judge）题目输入情况的所有情况都讲完了，希望各位友友们在做题中能够有着清晰的判断。
2. 输入时特殊技巧
2.1 含空格字符串的特殊处理方式
根据我们现在掌握的知识，含空格的字符串，如要读取有 fgets、scanf、getchar、getline 四种方式解决，但是有时候，根据题目的情况，不一定非要完整的读取这个带空格的字符串，而是将字符串中空格隔开的每一个字符串，当做一个单词处理更方便，也避免了读取带空格字符串的各种问题。
练习：统计数字字符个数
这里我们有两种做法：
整个字符串一次性读取，然后处理字符串，使用 getline使用逐个单词的方式处理 cin
- 法一：读取整个带空格的字符串分析
#include<iostream>#include<string>usingnamespace std;intmain(){ string s;getline(cin, s);int ret =0;for(auto ch : s){if(ch >='0'&& ch <='9'){ ret++;}} cout << ret << endl;return0;}- 法二：按照多个单词分析
#include<iostream>#include<string>usingnamespace std;intmain(){ string s;int cnt =0;while(cin >> s){for(auto c : s){if(c >='0'&& c <='9') cnt++;}} cout << cnt << endl;return0;}同时由上面的部分介绍，我们可以把
if(ch >='0'&& ch <='9')修改为
if(isdigit(ch))2.2 数字的特殊处理方式
当我们程序运行的时候，在控制台输入123 的时候，这时的 123 是三个字符，123 是一个字符序列，程序会根据代码中的数据类型，可能将123解析成整型，也可能将 123 解析成字符串。
比如：
int num =0; cin >> num;//输入123, 就被解析成整数 string s; cin >> s;//输入123, 就被解析成字符串这里的解析的方式，主要是依赖编译器对变量类型的识别，根据类型再将读取字符串数据转化成对应类型的数据。
我们在写代码的时候，应该根据实际的情况，来决定如何处理输入的内容。
练习：小乐乐改数字
- 法一：当做整数读取
输入一个整数 n获取 n 的每一位
% 10，判断是奇数（1）还是偶数（2）
/ 10，求后面的数字
3.输出转换后的整数
#include<iostream>#include<cmath>usingnamespace std;intmain(){int n;int i =0, ret =0; cin >> n;while(n){if(n %10%2==1){ ret +=pow(10, i);} n /=10; i++;} cout << ret << endl;return0;}- 法二：当做字符串处理
由于读取的是字符，所以 1，2，3 不能当作字符来判断，而是用 ASCII 判断
又 ‘0’ = 48，‘1’ = 49，‘2’ = 50，‘3’ = 51 … 发现 ASCII 为偶数时对应的正好为偶数，奇数时正好为奇数，故可以 %2 判断。
#include<iostream>#include<string>usingnamespace std;intmain(){ string s; cin >> s;for(int i =0; i < s.size(); i++)// 数字字符与对应的数的奇偶一致 {if(s[i]%2){ s[i]='1';}else{ s[i]='0';}} cout <<stoi(s)<< endl;// 转换成数字输出 return0;}这里说一下代码的一些函数pow(a, b) 求 a 的 b 次方stoi 是 C++11 标准引入的字符串转换函数，用于将字符串转换为整数
3. scanf/printf 和 cin/cout的对比
scanf 和 printf 是 C 语言中的标准输入输出函数，而 cin 和 cout 是 C++ 语言中的标准输入输出流对象。它们各自有优缺点，整体上来说 cin 和 cout 会更加方便，但有时候我们也不得不使用 scanf 和 printf。
3.1 格式控制差异
- scanf 和 printf 不能自动识别输入数据的类型，需要手动指定格式字符串，容易出现格式错误。开发者需要确保格式字符串与变量类型匹配，否则会导致未定义行为。
- cin 和 cout 会根据变量类型自动处理输入输出，避免格式化错误。相对 scanf 和printf 而且，C++的 cin 和 cout 更加易用。
- scanf 和 printf：格式化输出更精确直观，特别适合复杂格式的输入输出，比如：在要求指定格式输出的时候，printf 函数就比 cout 更加方便和灵活。
#include<cstdio>#include<iostream>usingnamespace std;intmain(){float a =3.50;double d =16.50; cout <<"cout: "<<a <<" "<< d <<endl;printf("printf: %f %lf\n", a, d);return0;}输入结果如下：
区别：cout 默认不会输出六位小数，自动忽略小数点后多余的 0，printf 函数打印浮点
数的时候，小数点默认打印 6 位。cout 在输出的时候不需要指定格式，printf 则需要明确的格式。
3.2 性能差异
3.2.1 案例演示
结论： scanf 和 printf 通常比 cin 和 cout 快。
原因： cin 和 cout 由于要考虑兼容 C 语言的输入和输出，封装实现的更加复杂，通常比 scanf 和 printf 稍慢，但这种差异在大多数应用场景中可以忽略不计。但是在竞赛的题目中，尤其是当输入、输出数据量较大时，使用 cin 和 cout 完成输入输出，经常会出现 Time Limit Exceeded 的情况。而 scanf 和 printf 就不存在类似的问题。下面给大家准备了两个案例。
案例一：数字游戏
代码展示：
- 使用 cin 和 cout：
#include<iostream>usingnamespace std;int t, x;intmain(){ cin >> t;while(t--){ cin >> x;int ret =0;while(x){int count =0, high =0;int tmp = x;while(tmp){//计算最右边的1代表的值 int low = tmp &-tmp;//如果low中剩余的1就是最后一个1 //就是最左边的1 if(tmp == low){ high = low;}//去掉最右边的1 tmp -= low; count++;}if(count %2==0){ x -= high;}else{ x ^=1;} ret++;} cout << ret << endl;}return0;}运行结果展示：
- 使用 scanf 和printf：
#include<iostream>usingnamespace std;int t, x;intmain(){scanf("%d",&t);while(t--){scanf("%d",&x);int ret =0;while(x){int count =0, high =0;int tmp = x;while(tmp){//计算最右边的1代表的值 int low = tmp &-tmp;//如果low中剩余的1就是最后一个1 //就是最左边的1 if(tmp == low){ high = low;}//去掉最右边的1 tmp -= low; count++;}if(count %2==0){ x -= high;}else{ x ^=1;} ret++;}printf("%d\n", ret);}return0;}运行结果展示：
案例 2：求第 k 小的数
- 使用 cin 和 cout：
#include<iostream>#include<cstdio>#include<algorithm>usingnamespace std;constint N =5000010;int arr[N];intmain(){int n, k; cin >> n >> k;for(int i =0; i < n; i++){ cin >> arr[i];}sort(arr, arr + n); cout << arr[k]<< endl;return0;}运行结果展示：
- 使用 scanf 和printf：
#include<iostream>#include<cstdio>#include<algorithm>usingnamespace std;constint N =5000010;int arr[N];intmain(){int n, k; cin >> n >> k;for(int i =0; i < n; i++){scanf("%d",&arr[i]);}sort(arr, arr + n); cout << arr[k]<< endl;return0;}运行结果展示：
我们可以看到这两个案例中，输入的数据量都比较大，在输入数据的时候如果使用cin，都会出现超时的问题，但是换成是 scanf 的方式就能正确的通过。这就是因为两者性能上的差异导致的。那为什么 cin/cout 的性能要低于 scanf/printf 呢？有什么办法能优化吗？
后面会单独对这个问题进行讲解。
总结一下其实就是 2 个点：
- C++ 中为了支持混合使用 cin/cout 和 scanf/printf，C++ 标准库默认会将 cin、cout
等 C++ 流对象与 stdin、stdout 等 C 标准库的流对象同步在一起。这种同步操作意味着每次使用 cin或cout 时，都会自动刷新 C 标准库的缓冲区，以保 C++ 和 C 的 I/O 是一致的。这就导致了性能的下降。 - 在默认情况下，cin 和 cout 之间存在一种绑定关系。这种绑定意味着，每当从 cin 读取数据时，任何之前通过 cout 输出的内容都会被强制刷新到屏幕上。这种绑定也可能导致性能问题，特别是在需要频繁读取大量数据的情况下。
3.2.2 优化方案和演示
通过下面这个案例我们看一下 scanf 和 cin 的差异，然后再看看如何优化。
#include<iostream>#include<ctime>#include<cstdio>usingnamespace std;constint num =10000000;intmain(){int i, x;//freopen是将stdin重定向到文件 //意思是scanf可以文件中读取数据 freopen("data.txt","r",stdin); clock_t t1, t2; t1 =clock();for(i =0; i < num; i++){scanf("%d",&x);} t2 =clock(); cout <<"Runtime of scanf: "<< t2 - t1 <<" ms"<< endl;return0;}运行演示结果：
#include<iostream>#include<ctime>#include<cstdio>usingnamespace std;constint num =10000000;intmain(){//freopen是将stdin重定向到文件 //意思是cin可以文件中读取数据 freopen("data.txt","r",stdin);int i, x; clock_t t1, t2; t1 =clock();for(i =0; i < num; i++){ cin >> x;} t2 =clock(); cout <<"Runtime of cin: "<< t2 - t1 <<" ms"<< endl;return0;}运行演示结果：
如果对 cin 进行优化呢？
#include<iostream>#include<ctime>#include<cstdio>usingnamespace std;constint num =10000000;intmain(){ ios::sync_with_stdio(false);//取消给C语言输入输出缓冲区的同步 cin.tie(0);//取消了cin和cout的绑定 freopen("data.txt","r",stdin);int i, x; clock_t t1, t2; t1 =clock();for(i =0; i < num; i++){ cin >> x;} t2 =clock(); cout <<"Runtime of cin: "<< t2 - t1 <<" ms"<< endl;return0;}运行演示结果：
所以未来我们在使用 scanf / printf 和 cin / cout 抉择的时候，如果要追求性能那就使用 scanf / printf，或者优化版的 cin / cout，如果不追求性能，直接使用 cin / cout 就行。
如果输入的数据量比较小（10^6 以内）的话，用 cin 和 cout 或 scanf 和 printf 都行；但是输入的数据量比较大（10^9 左右）的话，更推荐使用 scanf 和 printf，避免因为输入输出的开销，导致代码超时；在大多数场景下 printf / scanf 和 cin / cout 的使用根据个人习惯进行选择
即可。
这里我们讨论了 scanf/printf 和 cin/cout 性能的差异，我们知道 scanf/printf 是更快
的，其实有一些极端情况下，输入输出的规模非常大的时候，scanf 和 printf 也不能满足的时候，会使用快速读写的方式，这个后期会讲。
结语
掌握输入输出的底层机制和陷阱，才能写出健壮高效的代码。从缓冲策略到格式控制，每个细节都可能成为调试时的关键。
希望这篇文章能给各位朋友对 C/C++ 的输入输出有着不一样的理解。
同时愿诸君能一起共渡重重浪，终见缛彩遥分地，繁光远缀天。
