2.4 算法竞赛中的输入输出框架
例题2-5 数据统计
输入一些整数，求出它们的最小值、最大值和平均值（保留3位小数）。输入保证这些数都是不超过1000的整数。
样例输入：
2 8 3 5 1 7 3 6
样例输出：
1 8 4.375
【分析】
如果是先输入整数n，然后输入n个整数，相信读者能够写出程序。关键在于：整数的个数是不确定的。下面直接给出程序：
程序2-9 数据统计（有bug）
#include<stdio.h>
int main()
{
int x, n = 0, min, max, s = 0;
while(scanf("%d", &x) == 1)
{
s += x;
if(x < min) min = x;
if(x > max) max = x;
n++;
}
printf("%d %d %.3f\n", min, max, (double)s/n);
return 0;
}
看看这个程序多了些什么内容？scanf函数有返回值？对，它返回的是成功输入的变量个数，当输入结束时，scanf函数无法再次读取x，将返回0。
下面进行测试。输入“2 8 3 5 1 7 3 6”，按Enter键，但未显示结果。难道程序速度太慢？其实程序正在等待输入。还记得scanf的输入格式吗？空格、TAB和回车符都是无关紧要的，所以按Enter键并不意味着输入的结束。那如何才能告诉程序输入结束了呢？
提示2-19：在Windows下，输入完毕后先按Enter键，再按Ctrl＋Z键，最后再按Enter键，即可结束输入。在Linux下，输入完毕后按Ctrl＋D键即可结束输入。
输入终于结束了，但输出却是“1 2293624 4.375”。这个2293624是从何而来？当用-O2编译（读者可阅读附录A了解-O2）后答案变成了1 10 4.375，和刚才不一样！换句话说，这个程序的运行结果是不确定的。在读者自己的机器上，答案甚至可能和上述两个都不同。
根据“输出中间结果”的方法，读者不难验证下面的结论：变量max在一开始就等于2293624（或者10），自然无法更新为比它小的8。
提示2-20：变量在未赋值之前的值是不确定的。特别地，它不一定等于0。
解决的方法就很清楚了：在使用之前赋初值。由于min保存的是最小值，其初值应该是一个很大的数；反过来，max的初值应该是一个很小的数。一种方法是定义一个很大的常数，如INF＝1000000000，然后让max＝-INF，而min＝INF，另一种方法是先读取第一个整数x，然后令max＝min＝x。这样的好处是避免了人为的“假想无穷大”值，程序更加优美；而INF这样的常数有时还会引起其他问题，如“无限大不够大”，或者“运算溢出”，后面还会继续讨论这个问题。
上面的程序并不是很方便：每次测试都要手动输入许多数。尽管可以用前面讲的管道的方法，但数据只是保存在命令行中，仍然不够方便。
一个好的方法是用文件——把输入数据保存在文件中，输出数据也保存在文件中。这样，只要事先把输入数据保存在文件中，就不必每次重新输入了；数据输出在文件中也避免了“输出太多，一卷屏前面的就看不见了”这样的尴尬，运行结束后，慢慢浏览输出文件即可。如果有标准答案文件，还可以进行文件比较(9)，而无须编程人员逐个检查输出是否正确。事实上，几乎所有算法竞赛的输入数据和标准答案都是保存在文件中的。
使用文件最简单的方法是使用输入输出重定向，只需在main函数的入口处加入以下两条语句：
freopen("input.txt", "r", stdin);
freopen("output.txt", "w", stdout);
上述语句将使得scanf从文件input.txt读入，printf写入文件output.txt。事实上，不只是scanf和printf，所有读键盘输入、写屏幕输出的函数都将改用文件。尽管这样做很方便，并不是所有算法竞赛都允许用程序读写文件。甚至有的竞赛允许访问文件，但不允许用freopen这样的重定向方式读写文件。参赛之前请仔细阅读文件读写的相关规定。
提示2-21：请在比赛之前了解文件读写的相关规定：是标准输入输出（也称标准I/O，即直接读键盘、写屏幕），还是文件输入输出？如果是文件输入输出，是否禁止用重定向方式访问文件？
多年来，无数选手因文件相关问题丢掉了大量分数。一个普适的原则是：详细阅读比赛规定，并严格遵守。例如，输入输出文件名和程序名往往都有着严格规定，不要弄错大小写，不要拼错文件名，不要使用绝对路径或相对路径。
例如，如果题目规定程序名称为test，输入文件名为test.in，输出文件名为test.out，就不要犯以下错误。
错误1：程序存为t1.c（应该改成test.c）。
错误2：从input.txt读取数据（应该从test.in读取）。
错误3：从tset.in读取数据（拼写错误，应该从test.in读取）。
错误4：数据写到test.ans（扩展名错误，应该是test.out）。
错误5：数据写到c：\\contest\\test.out（不能加路径，哪怕是相对路径。文件名应该只有8个字符：test.out）。
提示2-22：在算法竞赛中，选手应严格遵守比赛的文件名规定，包括程序文件名和输入输出文件名。不要弄错大小写，不要拼错文件名，不要使用绝对路径或相对路径。
当然，这些错误都不是选手故意犯下的。前面说过，利用文件是一种很好的自我测试方法，但如果比赛要求采用标准输入输出，就必须在自我测试完毕之后删除重定向语句。选手比赛时一紧张，就容易忘记将其删除。
有一种方法可以在本机测试时用文件重定向，但一旦提交到比赛，就自动“删除”重定向语句。代码如下：
程序2-10 数据统计（重定向版）
#define LOCAL
#include<stdio.h>
#define INF 1000000000
int main()
{
#ifdef LOCAL
freopen("data.in", "r", stdin);
freopen("data.out", "w", stdout);
#endif
int x, n = 0, min = INF, max = -INF, s = 0;
while(scanf("%d", &x) == 1)
{
s += x;
if(x < min) min = x;
if(x > max) max = x;
/*
printf("x = %d, min = %d, max = %d\n", x, min, max);
*/
n++;
}
printf("%d %d %.3f\n", min, max, (double)s/n);
return 0;
}
这是一份典型的比赛代码，包含了几个特殊之处：
上面的代码在程序首部就定义了符号LOCAL，因此在本机测试时使用重定向方式读写文件。如果比赛要求读写标准输入输出，只需在提交之前删除#defineLOCAL即可。一个更好的方法是在编译选项而不是程序里定义这个LOCAL符号（不知道如何在编译选项里定义符号的读者请参考附录A），这样，提交之前不需要修改程序，进一步降低了出错的可能。
提示2-23：在算法竞赛中，有经验的选手往往会使用条件编译指令并且将重要的测试语句注释掉而非删除。
如果比赛要求用文件输入输出，但禁止用重定向的方式，又当如何呢？程序如下：
程序2-11 数据统计（fopen版）
#include<stdio.h>
#define INF 1000000000
int main()
{
FILE *fin, *fout;
fin = fopen("data.in", "rb");
fout = fopen("data.out", "wb");
int x, n = 0, min = INF, max = -INF, s = 0;
while(fscanf(fin, "%d", &x) == 1)
{
s += x;
if(x < min) min = x;
if(x > max) max = x;
n++;
}
fprintf(fout, "%d %d %.3f\n", min, max, (double)s/n);
fclose(fin);
fclose(fout);
return 0;
}
虽然新内容不少，但也很直观：先声明变量fin和fout（暂且不用考虑FILE*），把scanf改成fscanf，第一个参数为fin；把printf改成fprintf，第一个参数为fout，最后执行fclose，关闭两个文件。
提示2-24：在算法竞赛中，如果不允许使用重定向方式读写数据，应使用fopen和fscanf/fprintf进行输入输出。
重定向和fopen两种方法各有优劣。重定向的方法写起来简单、自然，但是不能同时读写文件和标准输入输出；fopen的写法稍显繁琐，但是灵活性比较大（例如，可以反复打开并读写文件）。顺便说一句，如果想把fopen版的程序改成读写标准输入输出，只需赋值“fin＝stdin；fout＝stdout；”即可，不要调用fopen和fclose(10)。
对文件输入输出的讨论到此结束，本书剩余部分的所有题目均使用标准输入输出。
例题2-6 数据统计II
输入一些整数，求出它们的最小值、最大值和平均值（保留3位小数）。输入保证这些数都是不超过1000的整数。
输入包含多组数据，每组数据第一行是整数个数n，第二行是n个整数。n＝0为输入结束标记，程序应当忽略这组数据。相邻两组数据之间应输出一个空行。
样例输入：
8
2 8 3 5 1 7 3 6
4
-4 6 10 0
0
样例输出：
Case 1: 1 8 4.375
Case 2: -4 10 3.000
【分析】
本题和例题2-5本质相同，但是输入输出方式有了一定的变化。由于这样的格式在算法竞赛中非常常见，这里直接给出代码：
程序2-12 数据统计II（有bug）
#include<stdio.h>
#define INF 1000000000
int main()
{
int x, n = 0, min = INF, max = -INF, s = 0, kase = 0;
while(scanf("%d", &n) == 1 && n)
{
int s = 0;
for(int i = 0; i < n; i++) {
scanf("%d", &x);
s += x;
if(x < min) min = x;
if(x > max) max = x;
}
if(kase) printf("\n");
printf("Case %d: %d %d %.3f\n", ++kase, min, max, (double)s/n);
}
return 0;
}
聪明的读者，你能看懂其中的逻辑吗？上面的程序有几个要点。首先是输入循环。题目说了n＝0为输入标记，为什么还要判断scanf的返回值呢？答案是为了鲁棒性（robustness）。算法竞赛中题目的输入输出是人设计的，难免会出错。有时会出现题目指明以n＝0为结束标记而真实数据忘记以n＝0结尾的情形。虽然比赛中途往往会修改这一错误，但在ACM/ICPC等时间紧迫的比赛中，如果程序能自动处理好有瑕疵的数据，会节约大量不必要的时间浪费。
提示2-25：在算法竞赛中，偶尔会出现输入输出错误的情况。如果程序鲁棒性强，有时能在数据有瑕疵的情况下仍然给出正确的结果。程序的鲁棒性在工程中也非常重要。
下一个要点是kase变量的使用。不难看出它是“当前数据编号”计数器。当输出第2组或以后的结果时，会在前面加一个空行，符合题目“相邻两组数据的输出以空行隔开”的规定。注意，最后一组数据的输出会以回车符结束，但之后不会有空行。不同的题目会有不同的规定，请读者仔细阅读题目。
像本题这样“多组数据”的题目数不胜数。例如，ACM/ICPC总决赛就只有一个输入文件，包含多组数据。即使是NOI/IOI这样多输入文件的比赛，有时也会出现一个文件多组数据的情况。例如，有的题目输出只有Yes和No两种，如果一个文件里只有一组数据，又是每个文件分别给分，一个随机输出Yes/No的程序平均情况下能得50分，而一个把Yes打成yes，No打成no的程序却只有0分(11)。
接下来是找bug时间。上面的程序对于样例输入输出可以得到正确的结果，但它真的是正确的吗？在样例输入的最后增加第3组数据：10，会看到这样的输出：
Case 3：-4 10 0.000
相信读者已经意识到问题出在哪里了：min和max没有“重置”，仍然是上个数据结束后的值。
提示2-26：在多数据的题目中，一个常见的错误是：在计算完一组数据后某些变量没有重置，影响到下组数据的求解。
解决方法很简单，把min和max定义在while循环中即可，这样每次执行循环体时，会新声明和初始化min和max。细心的读者也许注意到了另外一个问题：为什么第3个数（累加和）是对的呢？原因在于：循环体内部也定义了一个s，把main函数里定义的s给“屏蔽”了。
提示2-27：当嵌套的两个代码块中有同名变量时，内层的变量会屏蔽外层变量，有时会引起十分隐蔽的错误。
这是初学者在求解“多数据输入”的题目时常范的错误，请读者留意。这种问题通常很隐蔽，但也不是发现不了：对于这个例子来说，编译时加一个-Wall就会看到一条警告：warning：unused variable 's' [-Wunused-variable]（警告：没有用过的变量's'）。
提示2-28：用编译选项-Wall编译程序时，会给出很多（但不是所有）警告信息，以帮助程序员查错。但这并不能解决所有的问题：有些“错误”程序是合法的，只是这些动作不是所期望的。