C++ 输入输出性能对比测试

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各种 C++ 中的输入输出方式的性能对比测试

朴素方式

这种方法也是最朴素（应该是 C++ 最初就学习的吧）的一种输入与输出

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cin >> a >> b;
cout << a << b;

借助 C 语言优势

这在信息学竞赛中就比较常见了，作为 C 语言的输入输出，自然要比未解锁同步流的 cin 更快一些。

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scanf("%d%d", &a, &b);
printf("%d%d", a, b);

使用 C++ 自身优势

C++ 中的默认的输入输出怎么能比 C 语言还慢呢？这不，取消与 C 的输入输出同步流之后速度就上来了。

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ios::sync_with_stdio(false); // 取消同步
cin.tie(nullptr); // 取消 cin 与 cout 的绑定
cout.tie(nullptr);

cin >> a >> b;
cout << a << b;

但需注意解锁同步流之后就不能与 C 的输入输出混用了。

快读 / 快写

竞赛中常见的快读快写（卡常）方法。

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template <typename T>
void read(T &x) {
  x = 0;
  T inv = 1;
  auto ch = getchar();
  while (!isdigit(ch)) {
    if (ch == '-') {
      inv = -1;
    }
    ch = getchar();
  }
  while (isdigit(ch)) {
    x = x * 10 + ch - '0';
    ch = getchar();
  }
  x *= inv;
}

template <typename T>
void write(T x) {
  if (x < 0) {
    putchar('-');
    x = -x;
  }

  if (x > 9) {
    write(x / 10);
  }

  putchar(x % 10 + '0');
}

性能对比

测试用的随机生成代码如下：

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#include <climits>
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <random>

using namespace std;

constexpr int MAX_N = (int)1e7;

int main() {
  mt19937 rng((int64_t)time(nullptr));
  uniform_int_distribution<long long> dist(INT64_MIN, INT64_MAX);

  for (int i = 1; i <= MAX_N; ++i) {
    cout << dist(rng) << '\n';
  }

  return 0;
}

先随机生成 $10^{7}$ 个 long long 类型的数据进行测试。

文件大小：$213796511$ 字节

编译选项：

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g++ -std=c++11 -O2 -march=native

测试平台信息如下：

1 号测试机 2 号测试机 3 号测试机
CPU i5-8400 NVIDIA Tegra X1 (ARM Cortex-A57) i5-7500
硬盘 Intel 760p SanDisk Extreme Pro 64GB Intel Optane 16G
GCC 版本 10.2.0 (Rev10, MSYS2) 7.5.0 (Ubuntu 18.04) gcc version 9.2.0 (tdm64-1)

1 号测试机

读入 (s) 输出 (s)
朴素方式 $15.028$ $39.006$
C 语言 $6.429$ $3.137$
C++ 解锁 $2.336$ $39.293$
快读 / 快写 $2.803$ $2.852$

2 号测试机

读入 (s) 输出 (s)
朴素方式 $11.035$ $75.731$
C 语言 $4.168$ $4.855$
C++ 解锁 $3.753$ $68.040$
快读 / 快写 $1.254$ $2.219$

3 号测试机

读入 (s) 输出 (s)
朴素方式 $29.19$ $64.45$
C 语言 $11.21$ $7.36$
C++ 解锁 $4.048$ $7.31$
快读 / 快写 $5.766$ $7.004$