网上有对于C++编程要避免使用cin、cout、fstream；而是使用scanf、printf、FILE *的说法, 请问是正确的吗?
网上确实有这样的说法，认为在 C++ 编程中应该避免使用 `cin`、`cout` 和 `fstream`，转而使用 C 风格的输入输出函数 `scanf`、`printf` 以及文件指针 `FILE `。这种说法有一定的道理，尤其是在某些对性能要求极为苛刻的场景下，但将其视为绝对真理则有些片面。理解其中的缘由，需要我们深入对比 C++ 标准库的流（streams）和 C 语言的标准 I/O 函数。
C++ 流（`cin`, `cout`, `fstream`）的优势与劣势
C++ 标准库提供的输入输出流（`iostream`）是一套面向对象的机制。
优势：
1. 类型安全（Type Safety）： `cin` 和 `cout` 使用运算符重载（`<<` 和 `>>`）来处理各种数据类型。这意味着编译器在编译阶段就能检查出类型不匹配的问题，大大降低了运行时出现未定义行为的风险。例如，你不能直接用 `>>` 读取一个字符串到整型变量中，编译器会报错。
2. 易用性与可读性（Ease of Use & Readability）： 对于大多数 C++ 程序员来说，流的语法更加直观和易于理解。例如：
```c++
int age;
std::string name;
std::cout << "请输入你的年龄：";
std::cin >> age;
std::cout << "请输入你的名字：";
std::cin >> name;
std::cout << "你好，" << name << "，你今年" << age << "岁。 ";
```
这种链式操作和对各种类型自动的格式化处理，使得代码写起来更加流畅。
3. 可扩展性（Extensibility）： C++ 流允许你通过重载 `<<` 和 `>>` 运算符来处理自定义数据类型，使其能够以统一的方式进行输入输出，这在面向对象编程中是多么的便利。
4. 与 C++ 特性集成： `iostream` 与 C++ 的其他特性（如异常处理、模板等）结合得更好，可以方便地实现更复杂的I/O逻辑。例如，格式化输出可以通过设置 `std::cout` 的流操纵符（如 `std::fixed`, `std::setprecision`）来实现。
5. 错误处理： 流对象有状态位（如 `failbit`, `eofbit`, `badbit`），可以通过检查这些状态位来判断操作是否成功，并进行相应的错误处理，例如使用异常。
劣势：
1. 性能开销（Performance Overhead）： 这是批评 `cin`/`cout` 最主要的原因。为了实现类型安全、自动格式化和对象管理，`iostream` 在内部做了很多工作，包括：
同步与 C 标准库 I/O： 默认情况下，C++ 流会与 C 的 `stdio` 库进行同步。这意味着每次 `cout` 输出时，可能会先刷新 C 的 `stdout` 缓冲区。如果同时使用 C 和 C++ 的 I/O 函数，这种同步会导致额外的开销。
缓冲区管理： `iostream` 有复杂的缓冲区管理机制，包括内部的流缓冲区（`streambuf`）和与操作系统的交互。
类型转换和格式化： 每次使用 `<<` 或 `>>` 时，都需要进行类型检查、调用相应的格式化函数（如 `operator<<` 的实现），这个过程比 `printf`/`scanf` 的格式字符串解析要复杂。
虚函数和对象开销： 底层的流类通常是基于虚函数的，这会带来一定的虚函数调用开销。
在某些对性能极致追求的场景下，例如 competitive programming 或者处理海量数据的底层库，这些性能上的差异就可能变得显著。
C 风格 I/O（`scanf`, `printf`, `FILE `）的优势与劣势
C 语言的标准 I/O 函数是更底层的接口，直接与操作系统提供的文件描述符或缓冲区打交道。
优势：
1. 速度快（Speed）： 这是它们最大的优点。`printf` 和 `scanf` 使用格式字符串来直接告诉函数如何解析和输出数据，过程相对直接，没有那么多中间层。它们通常经过高度优化，执行效率很高。
2. 控制力强（Finegrained Control）： `printf` 提供了非常丰富的格式化选项，可以精确控制输出的宽度、精度、对齐方式等，满足各种定制化需求。
3. 简洁（Simplicity in some cases）： 对于简单的输入输出，如读取或打印一个整数或字符串，`printf` 和 `scanf` 的语法可能显得更简洁直接。
4. 与 C 兼容（C Compatibility）： C++ 作为 C 的超集，自然能够无缝使用这些 C 函数。在一些需要与 C 代码交互或移植 C 代码时，这是必然的选择。
5. `FILE ` 的低级控制： `FILE ` 提供了一种面向记录或字节流的抽象，允许更直接地控制文件操作（如定位、读写块等），有时在处理二进制文件或需要细粒度控制文件指针时更方便。
劣势：
1. 非类型安全（Not Type Safe）： 这是 `scanf` 和 `printf` 最为人诟病的一点。它们通过格式字符串 (`%d`, `%s`, `%f` 等) 来指定期望的输入输出类型。如果格式字符串与实际提供的参数类型不匹配，就会导致 未定义行为（Undefined Behavior）。这意味着程序可能会崩溃、产生错误输出、甚至被恶意利用（例如缓冲区溢出）。
例子： `scanf("%d", &str_variable);` 会因为 `str_variable` 是字符串而不是整数而导致严重问题。
例子： `printf("The value is %f ", my_int_variable);` 会把 `my_int_variable` 的二进制位解释成浮点数，输出一个无意义的值。
这种错误需要在开发阶段通过严格的代码审查和测试来避免，而不是依赖编译器的检查。
2. 安全性问题（Security Vulnerabilities）： 除了类型不匹配，`scanf` 在读取字符串时，如果缓冲区不够大，很容易发生 缓冲区溢出。虽然可以通过指定字段宽度（如 `%10s`）来缓解，但依然需要小心处理。
3. 可读性与维护性（Readability & Maintainability）： 复杂的格式字符串会降低代码的可读性，并且当参数列表很长时，很难确保格式字符串中的占位符与实际参数一一对应且类型正确。
4. 无法直接处理 C++ 对象： `printf` 和 `scanf` 不能直接输出或输入 C++ 对象，你需要手动编写代码来将对象的状态转换为 C 类型，然后再通过 `printf` 输出，反之亦然。
5. 异常处理能力弱： C 函数通常通过返回值来指示错误，这需要程序员手动检查每一个返回值，不如 C++ 的异常机制那样集成和优雅。
为什么会有“避免使用cin/cout，使用scanf/printf”的说法？
这种说法的主要出发点是为了极致的性能。
在以下场景，这种建议可能会被认为“正确”或“必要”：
编程竞赛（Competitive Programming）： 在许多在线编程平台，题目往往有严格的时间和内存限制。即使是很小的I/O性能差异，在处理大量数据时也可能导致程序超时。因此，许多竞赛选手会选择 `scanf`/`printf` 以获得更快的速度。
高性能计算（HighPerformance Computing, HPC）： 在需要处理海量数据、实时性要求极高的科学计算、模拟仿真等领域，I/O性能是整个系统的瓶颈之一。此时，优化I/O是关键。
底层系统编程或驱动开发： 在一些非常底层的场景，可能需要更接近硬件的I/O控制，或者对内存占用非常敏感，C风格的I/O可能更适合。
为了完全禁用同步（Disabling `sync_with_stdio`）： 如果你决定使用 C++ 流，但又想和 C 的 I/O 速度媲美，一个常见的做法是在程序开始时调用 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 来解除 C++ 流与 C 标准库 I/O 的同步。这能显著提升 `cin`/`cout` 的速度，使其接近 `scanf`/`printf`。很多时候，加上这一行代码后，C++ 流的性能已经足够满足大多数需求，无需完全放弃 `cin`/`cout`。
结论：权衡利弊，因地制宜
“网上有对于C++编程要避免使用cin、cout、fstream；而是使用scanf、printf、FILE 的说法，请问是正确的吗?”
不是绝对正确的，而是一种在特定场景下的优化建议。
对于绝大多数日常 C++ 编程、应用开发和大多数中小型项目而言，使用 `cin`、`cout` 和 `fstream` 是更推荐、更安全、更符合 C++ 理念的做法。 它们提供了更好的类型安全、更易读的代码以及更强大的可扩展性。通过 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 可以大幅提升其性能，通常已经足够。
如果你正在开发对I/O性能有极其严苛要求的系统，并且经过性能分析确认 `cin`/`cout` 是瓶颈，那么可以考虑转向 `scanf`/`printf` 和 `FILE `。 但在使用时，必须时刻警惕其非类型安全和潜在的缓冲区溢出风险，编写健壮的代码来弥补这些缺陷。
将这个问题视为一个权衡（tradeoff）问题更为恰当：
使用 `cin`/`cout`： 牺牲一些（通常可以优化的）性能，换取更好的类型安全、可读性、易用性和可维护性。
使用 `scanf`/`printf`： 获得更好的原始性能，但可能牺牲类型安全、增加安全风险和降低代码的可读性及维护性。
我的建议是：
1. 默认使用 C++ 流 (`cin`, `cout`, `fstream`)。
2. 在性能敏感的代码段，考虑调用 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 和 `cin.tie(nullptr);` 来提升 C++ 流的性能。 `cin.tie(nullptr)` 移除了 `cin` 自动刷新 `cout` 的行为，进一步提高效率。
3. 只有在经过充分的性能分析（profiling）后，确认 `cin`/`cout` 是关键瓶颈，并且优化方案无效，才考虑谨慎地转向 `scanf`/`printf`。 在此过程中，务必加强代码审查，确保类型安全和防止缓冲区溢出。
最终选择哪种方式，取决于你的项目需求、团队的熟悉程度以及你对风险的容忍度。不要因为某个“说法”而盲目跟风，理解其背后的原因才是最重要的。
C++ 流（`cin`, `cout`, `fstream`）的优势与劣势
C++ 标准库提供的输入输出流（`iostream`）是一套面向对象的机制。
优势：
1. 类型安全（Type Safety）： `cin` 和 `cout` 使用运算符重载（`<<` 和 `>>`）来处理各种数据类型。这意味着编译器在编译阶段就能检查出类型不匹配的问题，大大降低了运行时出现未定义行为的风险。例如，你不能直接用 `>>` 读取一个字符串到整型变量中，编译器会报错。
2. 易用性与可读性（Ease of Use & Readability）： 对于大多数 C++ 程序员来说，流的语法更加直观和易于理解。例如：
```c++
int age;
std::string name;
std::cout << "请输入你的年龄：";
std::cin >> age;
std::cout << "请输入你的名字：";
std::cin >> name;
std::cout << "你好，" << name << "，你今年" << age << "岁。 ";
```
这种链式操作和对各种类型自动的格式化处理，使得代码写起来更加流畅。
3. 可扩展性（Extensibility）： C++ 流允许你通过重载 `<<` 和 `>>` 运算符来处理自定义数据类型，使其能够以统一的方式进行输入输出，这在面向对象编程中是多么的便利。
4. 与 C++ 特性集成： `iostream` 与 C++ 的其他特性（如异常处理、模板等）结合得更好，可以方便地实现更复杂的I/O逻辑。例如，格式化输出可以通过设置 `std::cout` 的流操纵符（如 `std::fixed`, `std::setprecision`）来实现。
5. 错误处理： 流对象有状态位（如 `failbit`, `eofbit`, `badbit`），可以通过检查这些状态位来判断操作是否成功，并进行相应的错误处理，例如使用异常。
劣势：
1. 性能开销（Performance Overhead）： 这是批评 `cin`/`cout` 最主要的原因。为了实现类型安全、自动格式化和对象管理，`iostream` 在内部做了很多工作，包括：
同步与 C 标准库 I/O： 默认情况下，C++ 流会与 C 的 `stdio` 库进行同步。这意味着每次 `cout` 输出时，可能会先刷新 C 的 `stdout` 缓冲区。如果同时使用 C 和 C++ 的 I/O 函数，这种同步会导致额外的开销。
缓冲区管理： `iostream` 有复杂的缓冲区管理机制，包括内部的流缓冲区（`streambuf`）和与操作系统的交互。
类型转换和格式化： 每次使用 `<<` 或 `>>` 时，都需要进行类型检查、调用相应的格式化函数（如 `operator<<` 的实现），这个过程比 `printf`/`scanf` 的格式字符串解析要复杂。
虚函数和对象开销： 底层的流类通常是基于虚函数的，这会带来一定的虚函数调用开销。
在某些对性能极致追求的场景下，例如 competitive programming 或者处理海量数据的底层库，这些性能上的差异就可能变得显著。
C 风格 I/O（`scanf`, `printf`, `FILE `）的优势与劣势
C 语言的标准 I/O 函数是更底层的接口，直接与操作系统提供的文件描述符或缓冲区打交道。
优势：
1. 速度快（Speed）： 这是它们最大的优点。`printf` 和 `scanf` 使用格式字符串来直接告诉函数如何解析和输出数据，过程相对直接，没有那么多中间层。它们通常经过高度优化，执行效率很高。
2. 控制力强（Finegrained Control）： `printf` 提供了非常丰富的格式化选项，可以精确控制输出的宽度、精度、对齐方式等，满足各种定制化需求。
3. 简洁（Simplicity in some cases）： 对于简单的输入输出，如读取或打印一个整数或字符串，`printf` 和 `scanf` 的语法可能显得更简洁直接。
4. 与 C 兼容（C Compatibility）： C++ 作为 C 的超集，自然能够无缝使用这些 C 函数。在一些需要与 C 代码交互或移植 C 代码时，这是必然的选择。
5. `FILE ` 的低级控制： `FILE ` 提供了一种面向记录或字节流的抽象，允许更直接地控制文件操作（如定位、读写块等），有时在处理二进制文件或需要细粒度控制文件指针时更方便。
劣势：
1. 非类型安全（Not Type Safe）： 这是 `scanf` 和 `printf` 最为人诟病的一点。它们通过格式字符串 (`%d`, `%s`, `%f` 等) 来指定期望的输入输出类型。如果格式字符串与实际提供的参数类型不匹配，就会导致 未定义行为（Undefined Behavior）。这意味着程序可能会崩溃、产生错误输出、甚至被恶意利用（例如缓冲区溢出）。
例子： `scanf("%d", &str_variable);` 会因为 `str_variable` 是字符串而不是整数而导致严重问题。
例子： `printf("The value is %f ", my_int_variable);` 会把 `my_int_variable` 的二进制位解释成浮点数，输出一个无意义的值。
这种错误需要在开发阶段通过严格的代码审查和测试来避免，而不是依赖编译器的检查。
2. 安全性问题（Security Vulnerabilities）： 除了类型不匹配，`scanf` 在读取字符串时，如果缓冲区不够大，很容易发生 缓冲区溢出。虽然可以通过指定字段宽度（如 `%10s`）来缓解，但依然需要小心处理。
3. 可读性与维护性（Readability & Maintainability）： 复杂的格式字符串会降低代码的可读性，并且当参数列表很长时，很难确保格式字符串中的占位符与实际参数一一对应且类型正确。
4. 无法直接处理 C++ 对象： `printf` 和 `scanf` 不能直接输出或输入 C++ 对象，你需要手动编写代码来将对象的状态转换为 C 类型，然后再通过 `printf` 输出，反之亦然。
5. 异常处理能力弱： C 函数通常通过返回值来指示错误，这需要程序员手动检查每一个返回值，不如 C++ 的异常机制那样集成和优雅。
为什么会有“避免使用cin/cout，使用scanf/printf”的说法？
这种说法的主要出发点是为了极致的性能。
在以下场景，这种建议可能会被认为“正确”或“必要”：
编程竞赛（Competitive Programming）： 在许多在线编程平台，题目往往有严格的时间和内存限制。即使是很小的I/O性能差异，在处理大量数据时也可能导致程序超时。因此，许多竞赛选手会选择 `scanf`/`printf` 以获得更快的速度。
高性能计算（HighPerformance Computing, HPC）： 在需要处理海量数据、实时性要求极高的科学计算、模拟仿真等领域，I/O性能是整个系统的瓶颈之一。此时，优化I/O是关键。
底层系统编程或驱动开发： 在一些非常底层的场景，可能需要更接近硬件的I/O控制，或者对内存占用非常敏感，C风格的I/O可能更适合。
为了完全禁用同步（Disabling `sync_with_stdio`）： 如果你决定使用 C++ 流，但又想和 C 的 I/O 速度媲美，一个常见的做法是在程序开始时调用 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 来解除 C++ 流与 C 标准库 I/O 的同步。这能显著提升 `cin`/`cout` 的速度，使其接近 `scanf`/`printf`。很多时候，加上这一行代码后，C++ 流的性能已经足够满足大多数需求，无需完全放弃 `cin`/`cout`。
结论：权衡利弊，因地制宜
“网上有对于C++编程要避免使用cin、cout、fstream；而是使用scanf、printf、FILE 的说法，请问是正确的吗?”
不是绝对正确的，而是一种在特定场景下的优化建议。
对于绝大多数日常 C++ 编程、应用开发和大多数中小型项目而言，使用 `cin`、`cout` 和 `fstream` 是更推荐、更安全、更符合 C++ 理念的做法。 它们提供了更好的类型安全、更易读的代码以及更强大的可扩展性。通过 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 可以大幅提升其性能，通常已经足够。
如果你正在开发对I/O性能有极其严苛要求的系统，并且经过性能分析确认 `cin`/`cout` 是瓶颈，那么可以考虑转向 `scanf`/`printf` 和 `FILE `。 但在使用时，必须时刻警惕其非类型安全和潜在的缓冲区溢出风险，编写健壮的代码来弥补这些缺陷。
将这个问题视为一个权衡（tradeoff）问题更为恰当：
使用 `cin`/`cout`： 牺牲一些（通常可以优化的）性能，换取更好的类型安全、可读性、易用性和可维护性。
使用 `scanf`/`printf`： 获得更好的原始性能，但可能牺牲类型安全、增加安全风险和降低代码的可读性及维护性。
我的建议是：
1. 默认使用 C++ 流 (`cin`, `cout`, `fstream`)。
2. 在性能敏感的代码段，考虑调用 `std::ios::sync_with_stdio(false);` 和 `cin.tie(nullptr);` 来提升 C++ 流的性能。 `cin.tie(nullptr)` 移除了 `cin` 自动刷新 `cout` 的行为，进一步提高效率。
3. 只有在经过充分的性能分析（profiling）后，确认 `cin`/`cout` 是关键瓶颈，并且优化方案无效，才考虑谨慎地转向 `scanf`/`printf`。 在此过程中，务必加强代码审查，确保类型安全和防止缓冲区溢出。
最终选择哪种方式，取决于你的项目需求、团队的熟悉程度以及你对风险的容忍度。不要因为某个“说法”而盲目跟风，理解其背后的原因才是最重要的。
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