Go 竞赛零分配 IO

Go 比赛零分配 I/O：六大工程解决方案

Go 开发者在竞技编程中经常遇到标准 I/O 工具的瓶颈。fmt.Fscan 每次调用都会分配内存，bufio.Scanner 被锁定在扫描模式，手动用 bufio.Reader 解析则需要写一大堆样板代码。contestio 库通过直接操作 bufio.Reader 的内部缓冲区，实现了所有操作的零分配。

六大核心方案融合了手动解析的速度、fmt 的便利性和 bufio 的灵活性。它能处理混合输入类型——数字、字符串，甚至逐字符解析——无需切换模式。

直接缓冲区访问：无拷贝的 _nextToken

核心技巧是 _nextToken 函数，它从 bufio.Reader 的内部缓冲区返回字节切片。零分配、无拷贝。你仍然可以使用 bufio.Reader 的方法，如 ReadString、Peek 和 ReadByte。

var age int
var name string

ScanInt(br, &age)               // 通过 contestio
name, _ = br.ReadString('\n')   // 标准方法
name = strings.TrimSpace(name)

高级的 ScanInt 和 ScanWord 与底层调用完美兼容。没有僵硬的“扫描模式”——数据按任意顺序读取即可。

通用整数解析器：利用泛型

一个泛型 _parseInt[T Int] 函数处理 int8、uint16、int64、uint64。编译器为每种类型生成专用代码：

• 无符号类型跳过符号处理。
• 嵌入范围常量（int8 的 absMin = 1<<7）。
• 自定义数字循环支持最多 20 位数字，备选使用 ParseUint。

func _parseIntT Int (T, error) {
    unsigned := ^T(0) >= 0
    // 符号处理、数字循环、范围检查
}

汇编显示紧凑优化的代码，无多余检查。多功能无性能损失。

零分配输出：动态数据的临时缓冲区

写入时使用 bufio.Writer 搭配附带的 scratch [32]byte 数组。如果主缓冲区空间不足，就填充临时缓冲区并一次性刷新。

func _writeAppendFunc(bw *Writer, appendVal func([]byte, T) []byte, v T) error {
    var buf []byte
    if bw.Available() < len(bw.scratch) {
        buf = bw.scratch[:0]
    } else {
        buf = bw.AvailableBuffer()
    }
    buf = appendVal(buf, v)
    _, err := bw.Write(buf)
    return err
}

结果：所有支持类型的零分配输出。

轻量反射：支持任意类型

类型化函数如 ScanInt[T]、ScanFloat[T]、ScanWord[T] 构成主要 API。为灵活性，ScanAny(br, &product, &price) 使用基于 reflect.Kind 的解析表：

var _parseAnyTab = []_parseAnyFunc{
    reflect.Int:     _parseIntToAny[int],
    reflect.Int8:    _parseIntToAny[int8],
    reflect.Float32: _parseFloatToAny[float32],
    reflect.String:  _parseWordToAny[string],
}

反射仅用于分发：检查参数类型并调用对应解析器。在循环外传递可复用变量指针——零分配。

var x int
for i := 0; i < N; i++ {
    x = data[i]
    PrintAny(bw, op, &x)
}

Must 标签：通过构建标签实现 Panic 或错误处理

比赛输入通常干净，但检查必不可少。省略每个调用后的 if err != nil { panic(err) }——使用私有 _must 函数。

func _scanSliceT any (int, error) {
    return _must(_scanSliceCommon(br, parse, a))
}

在 must.go（//go:build must）中，_must 遇到错误（除 io.EOF）即 panic。在 nomust.go 中返回 error。编译器内联正确版本。

go run -tags=must main.go   # panic
go run main.go              # 返回错误

内联工具：自包含解决方案

Codeforces 等平台禁止外部包。contestio-inline 分析 AST，仅将用到的 contestio 函数嵌入 main.go。

contestio-inline main.go          # 嵌入
contestio-inline -clear main.go   # 还原

需要精确导入 import . "github.com/aaa2ppp/contestio"。工具检查编译、备份文件，并支持 -tags=must。

内联优势：

• 无依赖。
• 仅所需代码（依赖图）。
• 你的解决方案代码保持原样。

基准测试：100 万数字，4KB 缓冲区

| 方法 | 读取时间，ms | 分配次数 | 写入时间，ms | 分配次数 |

|--------|---------------|-------------|----------------|-------------|

| fmt.Fscan/Fprint | 473 | 1 005 000 | 109 | 965 000 |

| Scanner+Atoi | 106 | 0 | - | - |

| strconv.AppendInt | - | - | 37 | 2 600 |

| contestio | 62 | 0 | 39 | 0 |

测试环境：Intel Core i3-7100，Go 1.24.2，Windows。

核心要点

• 零分配 读写，通过直接缓冲区访问。
• 泛型为每种整数类型生成最优代码。
• 临时缓冲区实现无分配输出。
• 反射仅用于分发，非序列化。
• must 构建标签减少错误检查样板代码。

— Editorial Team