cout和printf的速度实验

Github_564598 · 2025-12-29 20:13:45 · 休闲·娱乐

注：1.11改为休闲·娱乐，因为投不进去。

输出，是一项很重要的事。一切比赛以输出为基础，但高等级的 OI 输出太大，一不留神就 \textcolor{#0000A1}{TLE}。因此，我们要学习如何更快输出，毕竟没人愿意比赛因为输出过大而超时。

实验起因

洛谷有一种很少见的评测状态，叫 \textcolor{#0000A1}{OLE}。意思是输出超限。 举个 OLE 代码的例子：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
    while (1)
    {
        printf("555555555555555\n");
    }
    return 0;
}

毫无疑问，第一眼看到这段代码，会让人觉得会 TLE。但事实是，printf 太快，达不到 TLE 的等级，会在规定时间内输出很多东西，于是程序会被 OJ 强行终止并判定 OLE。

那么，为什么刚刚要用 printf 创造 OLE 呢？ 我一开始信了 OI 界的一个广泛的说法： cout 效率比 printf 低。

但这只是传言，不一定是对的（没错，后面，我推翻了它）。 于是，我开始了一次实验。

实验设计

为了公平比较，保证所有测试均遵循以下条件：

• 编译环境：使用 mingw64 的 g++ 编译 使用编译参数 -std=c++14 -O2 进行编译，这是竞赛的标准配置。
• 计时方法：使用 C++11 的 chrono 库进行毫秒级计时，循环多次取平均值以减少误差。
• 测试场景：涵盖标准输出、输出重定向到文件、直接使用文件流(ofstream) 三种典型情况。
• 测试数据：从少量（100 个）到大量（1,000,000 个）递增，以观察不同数据规模下的表现

实验过程

标准输入输出

标准输入输出流版本：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
    auto program_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    for ( int i = 0 ; i < 100 ; i ++ )
    {
        cout << 1;
    }
    auto program_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(program_end - program_start);
    cout << "time:" << total_duration.count() << "ms" << endl;
    return 0;
}

输出：

11111111111111111111111111111······（后略）
time:15ms

cout << 1 换成 printf("1"); ，平均时间直接只剩10毫秒。 多次数据证明：此时printf 较快。

文件读写

我们先看看文件重定向 +printf 的速度。

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
    auto program_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    freopen("test.out" , "w" , stdout);
    for ( int i = 0 ; i < 100 ; i ++ )
    {
        printf("1");
    }
    auto program_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(program_end - program_start);

    cout << "time:" << total_duration.count() << "ms" << std::endl;
    fclose(stdout);
    return 0;
}

输出：0ms。

还有和标准流相对的文件流，也是相当著名的文件输入输出方法。

#include <fstream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
    auto program_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    ofstream fout("test.out");
    for ( int i = 0 ; i < 100 ; i ++ )
    {
        fout << 1;
    }
    auto program_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(program_end - program_start);

    fout << "time:" << total_duration.count() << "ms" << std::endl;
    fclose(stdout);
    return 0;
}

输出：0ms。

这些数据证明小规模文件操作和 std 相比还是很快的。

加大数据量

换成输出 100000 个 1：

#include <fstream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
    auto program_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    ofstream fout("test.out");
    for ( int i = 0 ; i < 100000 ; i ++ )
    {
        fout << 1;
    }
    auto program_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(program_end - program_start);

    fout << endl<< "time:" << total_duration.count() << "ms" << endl;
    fclose(stdout);
    return 0;
}

输出：

1111111111111111······（后略）
time:1ms

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <chrono>
using namespace std;
int main() {
    auto program_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    freopen("test.out" , "w" , stdout);
    for ( int i = 0 ; i < 100000 ; i ++ )
    {
        printf("1");
    }
    auto program_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto total_duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::milliseconds>(program_end - program_start);

    cout << endl << "time:" << total_duration.count() << "ms" << std::endl;
    fclose(stdout);
    return 0;
}

输出：

1111111111111111······（后略）
time:6ms

时间依然很少，代表测试规模依然不够。

为了真正显现出两者速度的差别，我们加大数据，让它输出 10000000 个 1。

11111111111111111111······（后略）
time:56ms

这一次，即使是 printf 也花了 56 毫秒。 测测 cout，结果竟是27 毫秒。

测了 10 次，最慢就是 27 毫秒。因此这个数据正式破除了一个言论：cout 永远比 printf 慢。事实证明，它在文件读写更胜一筹。

这次使用的是文件重定向，而文件流的表现则更让人惊讶：仅仅 16 毫秒。

实验结论

数据分析：

• 在小数据量情况下，cout 确实慢于 printf，cout 由于需要维护类型安全并可能与 C 标准流同步，其单次函数调用的开销略高于 printf。
• 在文件读写且中小数据量时，两者相差不多，因为重定向和文件流的缓冲区都够大，磁盘 IO 会在关闭文件时统一处理。
• 在大规模文件读写时，cout 和 fout 更大缓冲区的好处就出来了：真实磁盘 IO 次数少很多。因此它们相对缓冲区小且更保守的 printf 快。
• cout 的输出在文件 IO 时还得重定向，fout 根本不用，缓冲区策略也激进，磁盘 IO 更少，所以在所有文件测试中都领先。

从以上数据可得出，对于标准输入输出，printf 更快；对于文件读写，经过优化的 cout 更胜一筹。

总之，对于常规 OJ 刷题，推荐 cout（求速度使用 ios::sync_with_stdio(false);，会关闭与C标准流的同步）；对于需格式化输出的时候，iomanip内的工具开销较大，所以推荐printf；正规比赛时，还得用 fout 等，重定向顺手但相对其较慢，而且有些比赛不让用。

注意：使用 cout 时少用 std::endl ，会自动清空缓冲区，多一次 IO。

注释/后记

之所以加大数据量中没测标准输入输出，是因为百万个 1不是能一下能输出完的，测不了。