缓冲输入与标准输入

Question

我试图从输入文件中读取一长串数字（大约 10^7）。通过一些搜索，我发现使用缓冲区读取内容与逐个读取数字相比具有更高的性能。

我的第二个程序比第一个程序执行得更好。我在第一个程序中使用 cin 流对象，在第二个程序中使用 stringstream 对象。这两者在 I/O 性能方面有什么区别？

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    int n,k;
    cin >> n >> k;
    int count = 0;
    while ( n-- > 0 )
    {
        int num;
        cin >> num;
        if( num % k == 0 )
            count++;
    }
    cout << count << endl;
    return 0;
}

与以下使用缓冲输入的代码相比，此程序需要更长的时间。

#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace std;

int main()
{
    cin.seekg(0, cin.end);
    int length = cin.tellg();
    cin.seekg(0, cin.beg);
    char *buffer = new char[length];
    cin.read(buffer,length);
    stringstream ss(buffer);
    int n,k;
    ss >> n >> k;
    int result = 0;
    while( n-- )
    {
        int num;
        ss >> num;
        if( num % k == 0 )
            result++;
    }
    cout << result << endl;
    return 0;
}

Answer 1

第二个将需要〜两倍的文件大小在内存中，否则，由于它在一次调用中读取整个文件，它可能会以底层存储可以提供的速度将数据读入内存，然后将其处理为CPU 能做到的那样快。

最好避免内存成本，在这方面，您的第一个程序会更好。在我的系统上，使用名为 test.txt 的输入，如下所示：

10000000 2
13
13
< 10000000-2 more "13"s. >

你的第一个程序叫做a，你的第二个程序叫做b。我明白了：

% time ./a <test.txt 
0
./a < test.txt  1.70s user 0.01s system 99% cpu 1.709 total
% time ./b <test.txt
0
./b < test.txt  0.76s user 0.04s system 100% cpu 0.806 total

cin 默认情况下不缓冲，以保持与stdio 的“同步”。请参阅this excellent answer 以获得很好的解释。为了让它缓冲，我在你的第一个程序的顶部添加了cin.sync_with_stdio(false)，并调用了结果c，它的运行速度可能会稍微快一些：

% time ./c <test.txt
0
./c < test.txt  0.72s user 0.01s system 100% cpu 0.722 total

（注意：时间有点乱，我只进行了一些测试，但c 似乎至少和b 一样快。）

您的第二个程序运行得很快，因为虽然没有缓冲，但我们可以发出一个读取调用。第一个程序必须为每个cin >> 发出一个读取调用，而第三个程序可以缓冲（不时发出一个读取调用）。

请注意，添加此行意味着您无法使用 C FILE * 读取 stdin 的名称，或调用任何可以这样做的库方法。实际上，这可能不是问题。