作者 | 梁唐       责编 | 欧阳姝黎

今天给大家聊聊C++中的头文件，之前我在写算法专题展示源代码的时候，很多小伙伴给我留言说被我的头文件中的内容震惊了。其实之所以我的头文件这么复杂，完全是因为它是我一直从大学时期acm竞赛当中沿用下来的。对于acm竞赛的选手们来说，这样的头文件其实算是小儿科了。

今天就和大家来看看，acmer 的头文件当中都藏着哪些秘密。

首先，我们先来看我完整的头文件代码。

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <cmath>
#include <queue>
#include <vector>
#include <map>
#include <set>
#include <algorithm>
#include <functional>
#define rep(i,a,b) for (int i=a;i<b;i++)
#define Rep(i,a,b) for (int i=a;i>b;i--)
#define foreach(e,x) for (__typeof(x.begin()) e=x.begin();e!=x.end();e++)
#define mid ((l+r)>>1)
#define lson (k<<1)
#define rson (k<<1|1)
#define MEM(a,x) memset(a,x,sizeof a)
#define pii pair<int, int>
#define LL long long
using namespace std;
const int N=500005;
const long long Mod=99997867;

include部分

首先我们来看 include 的部分，我们一个一个来看，iostream 不用多说了，C++标准输入输出的头文件，包含了 C++输入输出流函数，也就是经典的 cin、cout。说到 cin、cout 多说两句，cin、cout 的开销要比 C 语言下的 scanf 和 printf 慢很多，很容易影响程序运行的性能。所以对于 acmer 来说，能用 scanf 和 printf 完成的，就绝对不会用 cin、cout。当然 scanf 和 printf 也不是最快的，还有更快的 getchar 和 putchar，所以有些玩家会自己手写循环读入 char 然后转成 int 或者是 float 的函数，当然绝大多数情况下并不需要这样。

cstdio 和 iostream 同样的功能，不过是 C 语言中的输入输出函数，不多说。

cstring 同样属于 C 语言，是 C 语言中的字符串库，有很多字符串相关的函数。同样由于性能的原因，能用 C 语言中 char[]完成的就不用使用 C++的 string。接下来的 string 库也不用多说，C++的字符串处理库。

cstdlib 库函数等同于 C 语言中 stdlib.h，封装了一些常用的库函数，如 rand、srand、free、malloc 等。

cmath 库等于 C 语言中的 math.h，封装了一些数学运算相关的库函数，如 pow、sqrt 等。

后面的 queue、vector、map、set 都是 STL 库，包含了一些比较好用的数据结构。比如 queue 中封装了 queue 以及 dequeue，和 priority_queue，也就是队列、双端队列和优先队列。vector、map、set 分别是线性表、映射表以及集合，熟练使用它们可以极大的降低编码的复杂度。

algorithm 库翻译过来就是算法库，当中自然封装了不少的算法。比如 sort 排序、reverse 翻转、next_permutation 下一个全排列、lower_bound、upper_bound 函数等。

最后一个 functional 库，用得不多，顾名思义当中封装了一些关于函数对象的操作。比如 bind、reference_wrapper 等等。

其实关于 include，有一个取巧的方法可以一次性 include 所有的头文件：

#include <bits/stdc++.h>

不过这种方法有一个小问题，并不是所有的环境都支持，尤其是在正式比赛的场合，所以一般情况下大家都是一些网络赛才会用它，我个人由于懒得区分环境，所以还是习惯自己一个一个 include。

define部分

define 是 C++ 当中非常强大的功能，它可以定义规则对代码进行替换。熟练使用 define 同样可以大大简化编码。但是要注意，凡事不能过度，如果 define 使用过多会影响程序的可读性，也可能对其他人的编码造成影响。所以很多大公司是禁止使用 define 的，我个人倒觉得其实也不用这么严肃，define 可以用，遵守规范，适当使用就可以了。

首先是这两行，是 for-loop 的 define。

#define rep(i,a,b) for (int i=a;i<b;i++)
#define Rep(i,a,b) for (int i=a;i>b;i--)
#define foreach(e,x) for (__typeof(x.begin()) e=x.begin();e!=x.end();e++)

rep 是 repeat 的缩写，使用的时候只需要 rep(i, a, b)就可以代替冗长的 for 循环的编写，其中 i 是循环变量，a 和 b 分别是循环的上下界，注意是左闭右开区间。

Rep 也是同样的逻辑，只不过是倒序的循环。

foreach 使用的是 C++11 的新特性，可以实现自动迭代，用的不多，在一些场景下非常方便。

#define mid ((l+r)>>1)

这行用在二分查找当中，左边界是 l，右边界是 r，那么它们的中点就是(l + r) / 2，用位运算表示就是：(l + r) >> 1。例子：

# define之前
while (l + 1 < r) {
    int m = (l + r) >> 1;
    if (a[m] <= v) {
  l = m;
    }else {
  r = m;
    }
}

# define之后
while (l + 1 < r) {
    if (a[mid] <= v) {
  l = mid;
    }else {
  r = mid;
    }
}

#define lson (k<<1)
#define rson (k<<1|1)

这两行主要是用在线段树上，因为 C++ 往往不使用类来实现线段树，而是通过数组来模拟实现。在线段树当中，如果某一个节点的 id 是 u，那么它的左孩子是 2 x u，右孩子的 id 是 2 x u + 1，用位运算来表示就是 u << 1 和 u << 1 | 1。

#define MEM(a,x) memset(a,x,sizeof a)
#define pii pair<int, int>
#define LL long long 

最后三行放在一起说，第一行是 memset 的缩写，memset 可以用来初始化数组。pii 缩写了 pair<int, int>，pair 是用来绑定两个变量的数据结构。最后是 LL 缩写了 long long，long long 是 64 位的 int，它的范围要比 int 大得多。

关于类型的重定义，这里使用 define 并不是非常好，更好的方法是使用 typedef，例如上面的 pair 和 long long 可以写成：

typedef pair<int, int> pii;
typedef long long LL;

相比 define 之下这样更规范一些，因为 define 是生硬的字符串替换，而 typedef 则是类型别名，能够被编译器检查，所以能使用 typedef 还是使用 typedef。

尾声

除了上面用到的这些头文件之外，还有一些更高端的用法，比如一些模板类，以及一些常用的算法，比如 gcd 等等。但我个人觉得意义不是非常大，对于面试、笔试的代码环节来说，以上的这些头文件已经足够使用了。

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