数组的重排元素：基于堆栈的缓冲区溢出错误

Question

我给定的代码是原始程序的问题部分。 它将N次随机交换myArray的两个元素，并进行T次循环。 该程序执行了预期的操作，但是在单击“返回0”后，它显示错误消息“ program.exe已停止工作”。 调试输出显示

Stack cookie instrumentation code detected a stack-based buffer overrun

为什么程序在完成工作后显示错误？ 我怎样才能解决这个问题 ？

#include <iostream>
#include <ctime>    
#include <cstdlib>

using namespace std;

int main()
{
    const int N = 10000;
    const int T = 100; 

    srand((unsigned)time(0));   

    bool myArray[N] ;
    bool temp = true;
    int save1 = 0;
    int save2 = 0;

    //initializing myArray
    for (int index = 0; index < N/2; index++) {
        myArray[index] = false;
    }
    for (int index = N/2; index < N; index++) {
        myArray[index] = true;
    }

    for (int index = 0; index < T; index++) {

        for (int index1 = 0; index1 < N; index1++) {    
            save1 = int( N*rand()/RAND_MAX );
            save2 = int( N*rand()/RAND_MAX );


            temp = myArray[save1];
            myArray[save1] = myArray[save2] ;
            myArray[save2] = temp; 
        }
    }

    cout<<" Press any key to exit...";
    cin.get();

    return 0;
}

编辑：我必须生成从0到（N-1）的随机整数。 在myArray中调用第N个位置会导致问题。

但是以下两种方法均不能统一生成随机整数。

    save1 = int( (N-1)*rand()/RAND_MAX );

也不

    save1 = int( N*rand()/(RAND_MAX+1) );

关于此方法的问题，有一个很好的视频 。 正如Mic和Bob__指出的那样，还有(N-1)*rand()引起的超限问题。

对于较大范围的随机整数，这种取模方法也非常无效（请查看本文以了解详细信息）。 因此，生成统一随机数的最佳机会是以下方法（从本文中借用）。

while(true)
{
  int value = rand();
  if (value < RAND_MAX - RAND_MAX % range)
    return value % range;
}

同样对于混洗数组元素，最好使用random_shuffle函数或Fisher–Yates shuffle以获得最佳性能。

Answer 1

至少要解决的一件事：

rand（）返回介于0和RAND_MAX（含）之间的随机整数，因此您必须替换

  N*rand()/RAND_MAX 

通过

  N*rand()/(1+RAND_MAX)

Answer 2

您应将N替换为(N-1) 。 大概就是您想要的。

    save1 = int( (N-1)*rand()/RAND_MAX );
    save2 = int( (N-1)*rand()/RAND_MAX );

只是想知道您是否打算在语句中使用“ Index1”来计算save1和save2。 那也将解决问题。

Answer 3

让我们考虑一下（已编辑的问题的）这一行：

save1 = int( (N-1)*rand()/RAND_MAX );

其中save1是int类型的变量， N是相同类型的const，而rand()返回范围为[0，RAND_MAX]的int 。

在C ++中，此表达式是从左到右求值的，因此首先是乘法，然后是除法。 如果rand()返回的值大于INT_MAX /（N-1），则此操作溢出，导致未定义行为。 在大多数实现中，由于整数值的二进制补码表示，结果可能是负值。

之后，执行RAND_MAX的整数除法，以便对于-RAND_MAX <x <RAND_MAX的任何值x，结果均为0。

您可以在此处看到您的程序（我只添加了一行来证明我的观点）已编译并执行。 请注意，索引的次数不为零。

在C中，使用rand()生成介于0和N之间的随机数（不包括在内）的常见方法是：

int number = rand() % N;

还要考虑一种更好的算法来对数组进行混洗，例如Fisher Yates ，您可以在C语言中实现为：

void my_c_shuffle(bool *arr, size_t n)
{
    while ( n > 1 )
    {
        size_t choice = rand() % n;
        --n;
        bool temp = arr[n];
        arr[n] = arr[choice];
        arr[choice] = temp;
    }
}

在C ++中，您应该使用标准库而不是重写这些算法：

#include <iostream>
#include <random>
#include <array>
#include <algorithm>

int main()
{
    std::random_device rd;
    std::mt19937 g(rd());

    std::array<bool, 10000> my_array;
    auto middle = my_array.begin() + my_array.size() / 2;
    std::fill(my_array.begin(), middle, false);
    std::fill(middle, my_array.end(), true);

    std::shuffle(my_array.begin(), my_array.end(), g);  
}