基于算法竞赛的c++编程（21）cin，scanf性能差距和优化

cin 与 scanf 的性能差距

cin 是 C++ 标准库中的输入流对象，属于高级抽象，提供了类型安全和易用性，但性能通常低于 scanf。scanf 是 C 标准库函数，直接处理原始字符输入，避免了 C++ 的额外开销（如 locale 处理、类型检查等）。性能差距主要体现在以下方面：

1. 同步开销：默认情况下，cin 与 stdio 同步（ios_base::sync_with_stdio(false) 可关闭），这会引入额外锁机制。关闭同步后，cin 性能接近 scanf。
2. 类型安全：cin 通过运算符重载实现类型检查，而 scanf 直接解析格式字符串，后者更轻量。
3. 缓冲策略：cin 可能使用更复杂的缓冲机制，而 scanf 直接操作底层缓冲区。

优化 C++ 输入性能的方法

关闭同步

关闭 cin 与 stdio 的同步可以显著提升性能，但混合使用 cin 和 scanf 会导致未定义行为。

ios_base::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr); // 解除 cin 与 cout 的绑定

使用快速输入函数

对于大量数据读取，自定义快速输入函数（如逐字符读取）比 cin 或 scanf 更快。

int read_int() {int x = 0;char c = getchar_unlocked(); // 非标准但高效while (isdigit(c)) {x = x * 10 + (c - '0');c = getchar_unlocked();}return x;
}

预分配缓冲区

手动分配大缓冲区可以减少系统调用次数。

char buf[1 << 20];
setvbuf(stdin, buf, _IOFBF, sizeof(buf));

避免频繁格式化

scanf 的格式化解析较慢，直接读取原始数据后处理可能更快。

fread(buf, 1, sizeof(buf), stdin); // 批量读取
char* ptr = buf;
while (*ptr >= '0') {int x = 0;while (*ptr >= '0') x = x * 10 + (*ptr++ - '0');ptr++;
}

使用内存映射

对于文件输入，内存映射（mmap）可以绕过标准库直接访问数据。

int fd = open("input.txt", O_RDONLY);
char* data = (char*)mmap(NULL, size, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

性能对比示例

以下代码对比了不同输入方法的性能：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <chrono>void test_cin() {int x;while (std::cin >> x) {}
}void test_scanf() {int x;while (scanf("%d", &x) == 1) {}
}int main() {auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();test_scanf(); // 或 test_cin()auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();std::cout << "Time: " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(end - start).count() << "ms\n";
}

适用场景建议

• 开发效率优先：使用 cin 并关闭同步。
• 性能关键场景：使用 scanf 或自定义快速输入。
• 竞赛编程：通常关闭同步并绑定 cin 到 nullptr。