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@nak435

AtCoder に Swift5.2 で挑戦する ための準備（主に入出力）

Last updated at Posted at 2020-04-16

はじめに

これまでACoderで使用できるSwiftのバージョンは2.2とかなり古く、はっきり言ってこれを使う気は起きず、Kotlinでコードを書いていました。しかし、2020.4.12に実施されたABC162からオンラインジャッジ環境が一新され、Swiftもついに5.2.1にアップされました。 1
これを機にSwiftで挑戦しようかと考え、入出力周りの便利な関数を揃えいこうと思います。

ちなみに、私のローカル環境はApple Swift version 5.2 (swiftlang-1103.0.32.1 clang-1103.0.32.29)です。

_私が思うKotlinの欠点_

Kotlinの欠点

Swift2.2と比べると、Kotlinの方が何倍もイケてると思いますが、私が思うKotlinの最大の欠点は『配列の要素数にLong(型)を指定するとコンパイルエラーになる』『配列の添字にLong(型)を指定するとコンパイルエラーになる』ことです。添字の範囲を超えているならいざ知らず、コンパイル時にLongだからと言ってエラーにするとは・・・面倒です。
Kotlinの整数型変換はlong.toInt()でLongからIntへ、int.toLong()でIntからLongへ、簡単に書けます。また、配列の添字にLongを指定できるExtention(演算子オーバーロード)を書けば吸収できることも知っていますが、『Intが32ビットでそれ以上の整数を扱う場合は、64ビットのLongと使い分ける必要がある』であり、これで何度もWAを喰らいました。正直面倒です。（愚痴）
（SwiftのIntは環境依存となっていますが、私のローカル環境もAtCoderの新ジャッジ環境とも64ビットです）

標準入力

AtCoderではすべてのプログラムは標準入力からデータを受け取り、結果を標準出力に出力します。俗に言うstdin、stdoutというやつです。
SwiftではFileHandle.standardInputが標準入力のファイルハンドルで、これを使うと次の2種類の方法でデータを入力できます。

let fileHandle = FileHandle.standardInput
let contentData = fileHandle.readDataToEndOfFile()       //その1 
let contentData = fileHandle.readData(ofLength: バイト長) //その2
let contentString = String(data: contentData, encoding: .utf8)!

1番目の方法はファイルをEOFまで全部一度に読み込みます。2番目は入力するサイズを指定する方法です。
一般的にAtCoderの入力データはすべて文字で形式が決まっているものの、例えば1行のデータ長が何バイトなのかなどは分かりませんし、テストケースによっては入力データのサイズが数メガバイトであることもあります。また、一度に読み込んだとしても、その後に改行コードで区切ったり、1行の中をスペースで区切ったりする必要があります。よって、私が考える入力方法の最善は上記のいずれでもなく、readLineメソッドを使うことです。シンプルに1行を入力する方法ですね。（JavaのScannerクラス相当がSwiftにもあればいいのでしょうが）

AtCoderを始めとする競プロの場合は、まずここからですから、このreadLineの使い方に関しては、これまで多くの方が記事を書かれています。2 3 4

AtCoderでの入力データの代表的な形式は、次の3パターンです。

  1. 1行で数値を1つだけ受け取る
  2. 1行で数値を2〜4個受け取る
  3. 1行で文字列を1つ受け取る

また、問題とデータは1-indexedで与えられることが多いですが、プログラム上は0-indexedの方が都合が良かったりします。配列も0始まりですし。そこで、私が準備したメソッドは次の3パターンです。順番に説明します。

パターン1（1つシリーズ）
func getString() -> String { readLine()! }
func getInt() -> Int { Int(getString())! }
func getDouble() -> Double { Double(getString())! }

上記は一目瞭然なので説明は省略します。

パターン2（複数シリーズ）
func listOfString() -> [String] { getString().split(separator: " ").map { String($0) } }
func listOfInt(_ offset: Int = 0) -> [Int] { listOfString().map { Int($0)! + offset } }
func listOfDouble(_ offset: Double = 0.0) -> [Double] { listOfString().map { Double($0)! + offset } }

func listOfInt(_ offsets: Int ...) -> [Int] { listOfString().enumerated().map { Int($0.element)! + offsets[$0.offset % offsets.count] } }

let A = listOfInt(-1)のようにoffsetを指定すれば、一律に**+/-できます。Doblue型でこれを使う場面は無いかも知れませんが、省略可能ですから（そもそもDoubleを入力すること自体が無いかも）。
パターン2は数列のように配列として受け取る場合ですが、タプルで受け取りたい場合があります。例えば平面座標の大きさのH,Wとか、グラフの頂点と辺の数N,Mとか。そこで、最後にパターン3**です。

パターン3（タプルシリーズ）
extension Array where Element == Int {
    func toTupple() -> (Int, Int) { (self[0], self[1]) }
    func toTupple() -> (Int, Int, Int) { (self[0], self[1], self[2]) }
    func toTupple() -> (Int, Int, Int, Int) { (self[0], self[1], self[2], self[3]) }
}

Int配列のextensionとして実装しました。こうすることで、パターン2との組み合わせが実現できます。例えば、
let (u, v, c) = listOfInt(-1, -1, 0).toTupple() と書くと、**「グラフ問題の辺（を結ぶ頂点）と辺のコスト」**を(0-indexedにして)簡単に受け取ることができます。

@y_mazunさんの記事 5 で演算子(オーバーロード)でタプルを受け取れる実装を公開しておられます。これも便利ですね。パターン3もそれに倣うか今後考えます。

標準出力

標準出力は結果の出力先で、入力に比べると至ってシンプルです。大体は数値や文字列を1つ出力するパターンが多く、これはシンプルにprintメソッドで書きます。

パターン1
var ans = 0
   :    :
print(ans)

printはデフォルトで改行コードが付加されるので、**C++**のように\nを付ける必要はありません。逆に\nを付けたく無い場合は、print(・・・・, terminator: "")と書くことができますが、AtCoderでは最後に改行コードが必須です。
また、2〜3個の数値を横に並べて出力する場合は、次のように書きます。

パターン2
var a = 0, b = 0, c = 0
   :    :
print(a, b, c)

これでa b cのようにスペース区切りで横に並び、最後に改行コードが付加されます。改行区切りで縦に並べたい場合は、print(a, b, c, separator: "\n") とすることで可能です。

最後のパターンは、横もしくは縦（複数行）に多数の数値を出力する場合で、以下のように書きます。

パターン3
var ans = [Int]()
   :    :
print(ans.map(String.init).joined(separator: " "))  //スペース区切り横並び
print(ans.map(String.init).joined(separator: "\n")) //改行区切り（縦並び）

大事なことは、I/Oは遅いのでprintをループさせないことです。過去に数値を最大20万行出力するという問題 6 もありました。Intを20万行出力するときに、printをループさせた場合と、joinedしてprint1回の場合を性能を比較してみました。

_テストコードを表示_
テストコード
import Foundation

let main: () = {
    let N = 200000
    let A = ([Int])(0 ..< N)
    
    //Loop
    let t1 = measureTimeSeconds {
        for a in A { print(a) }
    }
    
    //Join
    let t2 = measureTimeSeconds {
        print(A.map(String.init).joined(separator: "\n"))
    }

    printErr("Loop: \(t1)\nJoin: \(t2)\n")
    
}()

func printErr(_ s: String) {
    FileHandle.standardError.write(s.data(using: .utf8)!)
}

func measureTimeSeconds(block: (() -> Void)) -> Double {
    let startTime = Date()
    block()
    return -startTime.timeIntervalSinceNow
}
結果[秒]
Loop: 0.07886505126953125
Join: 0.03861498832702637

ちょっと意外な結果でした。確かにjoin方式の方が倍ぐらい早いですが、loop方式でも100ミリ秒以下だったので、これならもしかしてAtCoderでの実行時間制限（通常2秒）に収まるかも知れません。（Kotlinだと確実にTLEです。）

Kolinでの結果[秒]
Loop: 0.805783205
Join: 0.086151367

その他

入出力以外で、有ると便利な関数をいくつか準備しておきます。

便利関数
extension Int {
    var isEven: Bool { self.isMultiple(of: 2) }
    var isTrue: Bool { self != 0 }
}

func + (left: Int, right: Bool) -> Int { left + (right ? 1 : 0) }

まずは偶奇を判定する関数です。普通はn % 2 == 0のように判定しますが、Intのプロパティとして実装しました。偶奇を判定する問題は多いです。
if n.isEven { 偶数の場合 } else { 奇数の場合 }

同様に、数値で真偽を判定したい場面もあります。(C++ライクに)0が偽、0以外が真です。
if n.isTrue { 真の場合 } else { 偽の場合 }

使う場面は少ないと思いますが、最後はIntとBoolの加算です。trueを1、falseを0として足し算します。
let a = 10 + true → 11

<2021.9.19追加>
配列に関する便利関数を追加しました。

便利関数（その2）
extension Array {
    init(_ size: Int, _ initValue: ((Int) -> Element)) {
        self = [Element]()
        for index in 0 ..< size {
            let value = initValue(index)
            self.append(value)
        }
    }
    init(_ size: Int, _ initValue: (() -> Element)) {
        self = [Element]()
        for _ in 0 ..< size {
            let value = initValue()
            self.append(value)
        }
    }
    static func += (lhs: inout Self, rhs: Element) { lhs.append(rhs) }
}

Kotlin風に配列を初期化するinit（コンストラクタ）2つと、配列に要素を追加する+=演算子です。
配列の初期化は、
let A = [String](N) { getString() } や、
let B = [(Int, Int)](N) { n in (n, getInt()) }のように書き、入力データを読みながら配列に詰め込むことができます。
+=演算子は見ての通り、配列の末尾に要素を追加（append）します。例えば、整数配列Cに要素3を追加するときに、
C += 3と書きます（C.append(3)と等価）。

終わりに

いくつか関数を準備できましたので、これからSwift de AtCoderを満喫したいと思います。また、この記事を読んでくださった方々の参考になればと思います。
「競プロやるならC++だ」と言われていますが、私はSwift（もしくはKotlin）でまずは緑コーダを目指します。
もっと良い方法とかありましたら、ぜひ教えていただけると嬉しいです。

以上

  1. AtCoder 新ジャッジシステム（主にKotlin） ↩

  2. paizaの問題をSwiftで挑戦するときの標準入出力 ↩

  3. Swift5.0.1でAtcoder！ ↩

  4. AtCoder に登録したら解くべき精選過去問 10 問を Swift 5 で解いてみた ↩

  5. Swiftで競技プログラミング ↩

  6. ABC159 D - Banned K ↩

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