在竞赛中,遇到大数据时,往往读文件成了程序运行速度的瓶颈,需要更快的读取方式。相信几乎所有的C++学习者都在cin机器缓慢的速度上栽过跟头,于是从此以后发誓不用cin读数据。还有人说Pascal的read语句的速度是C/C++中scanf比不上的,C++选手只能干着急。难道C++真的低Pascal一等吗?答案是不言而喻的。一个进阶的方法是把数据一下子读进来,然后再转化字符串,这种方法传说中很不错,但具体如何从没试过,因此索性把能想到的所有的读数据的方式都测试了一边,结果是惊人的。
  竞赛中读数据的情况多的莫过于读一大堆整数了,于是我写了一个程序,生成一千万个随机数到data.txt中,一共55MB。然后我写了个程序主干计算运行时间,代码如下:
  #include <ctime>
  int main()
  {
  int start = clock();
  //DO SOMETHING
  printf("%.3lf ",double(clock()-start)/CLOCKS_PER_SEC);
  }
  简单的方法算写一个循环scanf了,代码如下:
  const int MAXN = 10000000;
  int numbers[MAXN];
  void scanf_read()
  {
  freopen("data.txt","r",stdin);
  for (int i=0;i<MAXN;i++)
  scanf("%d",&numbers[i]);
  }
  可是效率如何呢?在我的电脑Linux平台上测试结果为2.01秒。接下来是cin,代码如下
  const int MAXN = 10000000;
  int numbers[MAXN];
  void cin_read()
  {
  freopen("data.txt","r",stdin);
  for (int i=0;i<MAXN;i++)
  std::cin >> numbers[i];
  }
  出乎我的意料,cin仅仅用了6.38秒,比我想象的要快。cin慢是有原因的,其实默认的时候,cin与stdin总是保持同步的,也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。正因为这个兼容性的特性,导致cin有许多额外的开销,如何禁用这个特性呢?只需一个语句std::ios::sync_with_stdio(false);,这样可以取消cin于stdin的同步了。程序如下:
  const int MAXN = 10000000;
  int numbers[MAXN];
  void cin_read_nosync()
  {
  freopen("data.txt","r",stdin);
  std::ios::sync_with_stdio(false);
  for (int i=0;i<MAXN;i++)
  std::cin >> numbers[i];
  }
  取消同步后效率究竟如何?经测试运行时间锐减到了2.05秒,与scanf效率相差无几了!有了这个以后可以放心使用cin和cout了。
  接下来让我们测试一下读入整个文件再处理的方法,首先要写一个字符串转化为数组的函数,代码如下
  const int MAXS = 60*1024*1024;
  char buf[MAXS];
  void analyse(char *buf,int len = MAXS)
  {
  int i;
  numbers[i=0]=0;
  for (char *p=buf;*p && p-buf<len;p++)
  if (*p == ' ')
  numbers[++i]=0;
  else
  numbers[i] = numbers[i] * 10 + *p - '0';
  }
  把整个文件读入一个字符串常用的方法是用fread,代码如下:
  const int MAXN = 10000000;
  const int MAXS = 60*1024*1024;
  int numbers[MAXN];
  char buf[MAXS];
  void fread_analyse()
  {
  freopen("data.txt","rb",stdin);
  int len = fread(buf,1,MAXS,stdin);
  buf[len] = '';
  analyse(buf,len);
  }
  上述代码有着惊人的效率,经测试读取这10000000个数只用了0.29秒,效率提高了几乎10倍!掌握着种方法简直了,不过,我记得fread是封装过的read,如果直接使用read,是不是更快呢?代码如下:
  const int MAXN = 10000000;
  const int MAXS = 60*1024*1024;
  int numbers[MAXN];
  char buf[MAXS];
  void read_analyse()
  {
  int fd = open("data.txt",O_RDONLY);
  int len = read(fd,buf,MAXS);
  buf[len] = '';
  analyse(buf,len);
  }
  测试发现运行时间仍然是0.29秒,可见read不具备特殊的优势。到此已经结束了吗?不,我可以调用Linux的底层函数mmap,这个函数的功能是将文件映射到内存,是所有读文件方法都要封装的基础方法,直接使用mmap会怎样呢?代码如下:
  const int MAXN = 10000000;
  const int MAXS = 60*1024*1024;
  int numbers[MAXN];
  char buf[MAXS];
  void mmap_analyse()
  {
  int fd = open("data.txt",O_RDONLY);
  int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
  char *mbuf = (char *) mmap(NULL,len,PROT_READ,MAP_PRIVATE,fd,0);   
  analyse(mbuf,len);
  }