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输入输出与基本数据类型

对于部分同学来说，C++ 已经是非常久远的回忆，因此我们（针对做算法题）进行适当重温，以 OJ 题目为例讲解相关内容。

为什么要使用 C++，而不是 Python？

我们主要基于以下几点原因：

  • 在自动评测的机制下，
    • Python 无法区分出「复杂度正确而缓慢的实现」与「复杂度错误而高效的实现」。比如，在 Python 里手写的 \(O(n)\) Median of Medians 是一定跑不过 \(O(n \log n)\) 的用 C 实现的 list.sort 的。
    • Python 输入输出麻烦，而且非常容易触发异常。
  • 真正要熟练使用 Python，门槛并不比重新捡起 C++ 低。
    • Python 容易上手只是因为大多数情况下使用别人提供的库即可，不需要自己动手。
    • 在不熟练的情况下，debug Python 可能会非常麻烦。

1294. A+B Problem 一个可能的实现是这样的： 

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#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int T;
    cin >> T;
    while (T--) {
        int a, b;
        cin >> a >> b;
        cout << a + b << endl;
    } 
}

关于前两行

前两句表示的是使用（几乎）所有 C++ 头文件和命名空间 std。这两句话不符合很多工程规范，对此笔者做出一定的解释。你可以根据自己的喜好来做出自己的选择。

关于 bits/stdc++.h

使用这个 libstdc++ 提供的“万能头文件”，你可以调用大量 STL 而不需要思考头文件的配置，减轻负担。

例如，如果不使用该头文件，你可能需要考虑自己写下面的内容： 

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#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <algorithm>
#include <random>
#include <vector>
#include <queue>
#include <map>
#include <set>
当然，bits/stdc++.h 有不少缺点：

  • 只有 GCC 和使用 libstdc++ 的 clang 能够使用，MSVC 不支持。
  • 会导致编译速度降低。

在上面两点并不致命的时候，这个「万能头文件」能带来许多便利。

关于 using namespace std

网上有大量关于这句话的讨论，比如 Why “using namespace std” is considered bad practice。常见的缺点是：

  • 会导致导致某些变量名不可用，如 map, y1。
  • 在库函数与自己的函数命名冲突时，可能会导致令人困惑的编译错误和运行错误。

使用这句话的原因主要是方便偷懒。在上下文无歧义时，更短的代码更方便编写和阅读。

当然，还存在偷一半懒的方案。这样的做法在工程里也是规范的。

  • 只 using 自己用到的内容，如 using std::cin, std::cout, std::ios, std::vector;

cin/cout 运行缓慢的问题

提交这份代码，你可以发现这份代码会用到非常多的时间。这是因为：

  1. cin / cout 与 stdio 同步导致其失去缓冲。
  2. endl 会调用 cout.flush()，而这个操作非常耗时。

更多信息你可以在这里获取到。我们尽量保证不需要解决这个问题就能通过对应题目。

如果你认为你的程序主要被这个原因拖慢了，并想解决

你可以用两种方法来解决这个问题：

  • 使用 C 的输入输出方式： scanf/printf。
  • 减少 endl 次数并禁用同步
    • 在输出行数较多时，使用 '\n' 而非 endl。
    • 在输入前添加 
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      ios::sync_with_stdio(false);
cin.tie(nullptr);
      来禁用同步。请注意，这种情况下你应当只使用 cin/(scanf, getchar) 中的一种，cout/(printf, puts, putchar) 中的一种。这是因为此时 cin/cout 会将内容输入输出到 buffer 里，导致与 stdio 失去同步。

使用浮点数

有时，你可能需要使用浮点数（如 1295. #include <random>），并输出指定位数，默认的输出科学计数法的方式不能满足我们的要求。笔者更推荐使用 printf 来完成格式化输出，例如输出 3 位小数 x 可以这么做：

  • double: printf("%.3lf", x);
  • long double: printf("%.3Lf", x);

你也可以使用 <iomanip> 里提供的流操作来让 cout 输出固定小数：

  • cout << fixed << setprecision(3) << x;

请注意，float 是 32 位浮点数，精度通常不能让人满意。因此，我们推荐任何时候都不要使用 float，大部分情况下使用 double 更好。

使用 64 位整数

在数据规模达到 \(2^{31} \approx 2.1 \times 10^9\) 时，int 会溢出，此时如果需要应当选择更大存储的整数。 通常情况下，使用 unsigned long long 和 long long 即可。尽管 C++ 标准中只要求 long long 是至少 64 位的，但是事实上所有编译器都会实现为 64 位。

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int main() {
    long long a, b;
    cin >> a >> b; // scanf("%lld %lld", &a, &b);
    cout << a + b << endl; // printf("%lld\n", a + b);
}