C/C++ 输入输出实战：OJ 场景与性能优化

多组测试用例

测试数据组数已知

题目会首先给出一个整数 n，表示接下来有 n 组数据。

示例：多组输入 a+b II

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n; // 表示数据组数
    cin >> n;
    int a, b;
    while (n--) {
        cin >> a >> b;
        cout << a + b << endl;
    }
    return 0;
}

示例：斐波那契数列

对于范围有限的查询，预处理（打表）往往比每次递归更高效。

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    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;
    }
    return 0;
}

测试数据组未知

没有明确的组数提示，需要判断输入是否结束。常用方法是利用流的状态作为循环条件。

示例：多组输入 a+b

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    while (cin >> a >> b) {
        cout << a + b << endl;
    }
    return 0;
}

原理：cin >> a >> b 返回流对象的引用。如果读取成功，流状态为真；如果遇到文件结束符或类型不匹配，流状态为假，循环终止。

特殊值结束测试数据

当输入中包含特定的终止标记（如 0 0 或特定字符）时，需在循环内判断。

示例：多组数据 a+b III

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 0, b = 0;
    // 逗号表达式，只有当 a 和 b 都不为 0 时才继续
    while (cin >> a >> b, a && b) {
        cout << a + b << endl;
    }
    return 0;
}

输入时特殊技巧

含空格字符串的处理

读取包含空格的字符串时，cin 默认会在空格处停止。此时可以使用 getline 一次性读取整行，或者根据需求按单词处理。

练习：统计数字字符个数

方法一：按行读取

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s;
    getline(cin, s);
    int ret = 0;
    for (auto ch : s) {
        if (ch >= '0' && ch <= '9') {
            ret++;
        }
    }
    cout << ret << endl;
    return 0;
}

方法二：按单词读取

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s;
    int cnt = 0;
    while (cin >> s) {
        for (auto c : s) {
            if (c >= '0' && c <= '9') cnt++;
        }
    }
    cout << cnt << endl;
    return 0;
}

数字的特殊处理

输入的数字既可以是整型，也可以是字符串。根据题目要求选择解析方式。

练习：小乐乐改数字

方法一：当做整数读取

通过 % 10 获取末位，/ 10 去掉末位，逐位处理。

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

int main() {
    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;
    return 0;
}

方法二：当做字符串处理

利用 ASCII 码特性，偶数位对应偶数，奇数位对应奇数。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    string s;
    cin >> s;
    for (int i = 0; i < s.size(); i++) {
        if (s[i] % 2) {
            s[i] = '1';
        } else {
            s[i] = '0';
        }
    }
    cout << stoi(s) << endl;
    return 0;
}

scanf/printf 和 cin/cout 的对比

scanf/printf 是 C 语言的标准函数，cin/cout 是 C++ 的流对象。两者各有优劣。

格式控制差异

• scanf/printf：需要手动指定格式字符串，容易出现类型不匹配导致的未定义行为，但格式化输出更精确直观。
• cin/cout：自动识别类型，不易出错，但在复杂格式输出上不如 printf 灵活。

#include <cstdio>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    float a = 3.50;
    double d = 16.50;
    cout << "cout: " << a << " " << d << endl;
    printf("printf: %f %lf\n", a, d);
    return 0;
}

区别：cout 默认忽略多余的小数 0，而 printf 默认打印 6 位小数。

性能差异

在数据量较大时，scanf/printf 通常比 cin/cout 快。这是因为 cin/cout 为了兼容性和安全性，默认开启了同步机制。

性能优化方案

若需使用 cin/cout 但追求高性能，可关闭同步并解除绑定。

ios::sync_with_stdio(false); // 取消 C++ 流与 C 标准库流的同步
cin.tie(0);                  // 取消 cin 与 cout 的绑定

案例演示

以下代码展示了关闭同步前后的性能差异。在百万级数据输入下，优化后的 cin 速度可接近 scanf。

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <cstdio>
using namespace std;

const int num = 10000000;

int main() {
    ios::sync_with_stdio(false);
    cin.tie(0);
    
    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;
    return 0;
}

总结建议

• 数据量较小（10^6 以内）：cin/cout 足够，代码可读性更好。
• 数据量极大（10^9 左右）：推荐使用 scanf/printf 或优化后的 cin/cout，避免 IO 开销导致超时。
• 混合使用时：务必注意同步设置，否则可能导致输出顺序错乱。

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。