c++ - 竞争性编程中的快速输入/输出

Question

我在竞争性编程竞赛的解决方案中多次遇到这个特定的代码片段。我了解此代码的基本用法以克服时间限制，但我想更深入地了解它。我知道 unistd.h 可以访问系统调用包装函数，例如 fork、pipe 和 I/O 原语(读、写、..)。

如果有人能解释或指导我找到可以帮助我进一步理解它的资源，那就太好了。

#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
class FastInput {
public:
    FastInput() {
        m_dataOffset = 0;
        m_dataSize = 0;
        m_v = 0x80000000;
    }
    uint32_t ReadNext() {
        if (m_dataOffset == m_dataSize) {
            int r = read(0, m_buffer, sizeof(m_buffer));
            if (r <= 0) return m_v;
            m_dataOffset = 0;
            m_dataSize = 0;
            int i = 0;
            if (m_buffer[0] < '0') {
                if (m_v != 0x80000000) {
                    m_data[m_dataSize++] = m_v;
                    m_v = 0x80000000;
                }
                for (; (i < r) && (m_buffer[i] < '0'); ++i);
            }
            for (; i < r;) {
                if (m_buffer[i] >= '0') {
                    m_v = m_v * 10 + m_buffer[i] - 48;
                    ++i;
                } else {
                    m_data[m_dataSize++] = m_v;
                    m_v = 0x80000000;
                    for (i = i + 1; (i < r) && (m_buffer[i] < '0'); ++i);
                }
            }
        }
        return m_data[m_dataOffset++];
    }
public:
    uint8_t m_buffer[32768];
    uint32_t m_data[16384];
    size_t m_dataOffset, m_dataSize;
    uint32_t m_v;
};
class FastOutput {
public:
    FastOutput() {
        m_dataOffset = 0;
    }
    ~FastOutput() {
    }
    void Flush() {
        if (m_dataOffset) {
            if (write(1, m_data, m_dataOffset));
            m_dataOffset = 0;
        }
    }
    void PrintUint(uint32_t v, char d) {
        if (m_dataOffset + 11 > sizeof(m_data)) Flush();
        if (v < 100000) {
            if (v < 1000) {
                if (v < 10) {
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 1;
                } else if (v < 100) {
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 2;
                } else {
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 3;
                }
            } else {
                if (v < 10000) {
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 4;
                } else {
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 5;
                }
            }
        } else {
            if (v < 100000000) {
                if (v < 1000000) {
                    m_data[m_dataOffset + 5] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 6;
                } else if (v < 10000000) {
                    m_data[m_dataOffset + 6] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 5] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 7;
                } else {
                    m_data[m_dataOffset + 7] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 6] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 5] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 8;
                }
            } else {
                if (v < 1000000000) {
                    m_data[m_dataOffset + 8] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 7] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 6] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 5] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 9;
                } else {
                    m_data[m_dataOffset + 9] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 8] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 7] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 6] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 5] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 4] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 3] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 2] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 1] = v - v / 10 * 10 + 48;
                    v /= 10;
                    m_data[m_dataOffset + 0] = v + 48;
                    m_dataOffset += 10;
                }
            }
        }
        m_data[m_dataOffset++] = d;
    }
    void PrintChar(char d) {
        if (m_dataOffset + 1 > sizeof(m_data)) Flush();
        m_data[m_dataOffset++] = d;
    }
    void ReplaceChar(int offset, char d) {
        m_data[m_dataOffset + offset] = d;
    }
public:
    uint8_t m_data[32768];
    size_t m_dataOffset;
};

还有一件事:在生产级代码中采用类似技术是好的做法吗？

Answer 1

Is it good practice to employ similar techniques in production level code?

没有。重新实现轮子会导致错误。错误需要额外的开发时间和成本。

can help me understand it further.

如果看不懂代码，说明代码写的不好。代码是由人类编写的，也是为人类编写的。如果另一个程序员不能快速理解代码，可能会有大问题。这种想法(“为人类而写”)背后的基本原理很简单:开发时间成本很高，不可读的代码会增加开发时间。

有问题的代码片段使用了几种错误的编码做法:

1. 匈牙利表示法(在区分大小写的表示法中不需要，尤其是在 C++ 中)，
2. 简短的变量成员(例如，你能在不阅读程序其余部分的情况下分辨出 m_v 的含义吗？)
3. 硬编码值(+ 48，+ 11)
4. (主观)混合有符号/无符号整数/字符(mingw/gcc 会在编译时烦死你)。
5. 代码复制粘贴(v/= 10 和类似的 - C++ 有宏/模板，该死的，所以如果你想手动展开循环，使用它们!)。
6. 不必要的多级 if/else。

除非您想在编程方面变得更糟，否则我建议您避免尝试“理解”此代码片段。这是坏的。

我严重怀疑这个特殊的设计是分析的结果。最有可能的情况是某些“天才”认为他的代码片段将胜过内置函数。

当您想要性能时，您会遵循以下模式:

1. 编写初始版本。
2. 重复直到性能提升不再值得或直到没有解决方案:
   1. 不要对提高绩效的因素做出太多假设。你是人，人的工作就是犯错误。根据墨菲定律，您的假设是不正确的。
   2. 首先考虑算法优化。
   3. 通过分析器运行代码。
   4. 找出瓶颈。
   5. 如果花在这个特定例程上的总时间将减少为零，则调查总体性能增益。
   6. 如果 yield 合理(时间/成本)，则优化程序。否则忽略。