數組的重排元素：基於堆棧的緩沖區溢出錯誤

Question

我給定的代碼是原始程序的問題部分。 它將N次隨機交換myArray的兩個元素，並進行T次循環。 該程序執行了預期的操作，但是在單擊“返回0”后，它顯示錯誤消息“ program.exe已停止工作”。 調試輸出顯示

Stack cookie instrumentation code detected a stack-based buffer overrun

為什么程序在完成工作后顯示錯誤？ 我怎樣才能解決這個問題 ？

#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;
}

編輯：我必須生成從0到（N-1）的隨機整數。 在myArray中調用第N個位置會導致問題。

但是以下兩種方法均不能統一生成隨機整數。

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

也不

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

關於此方法的問題，有一個很好的視頻 。 正如Mic和Bob__指出的那樣，還有(N-1)*rand()引起的超限問題。

對於較大范圍的隨機整數，這種取模方法也非常無效（請查看本文以了解詳細信息）。 因此，生成統一隨機數的最佳機會是以下方法（從本文中借用）。

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

同樣對於混洗數組元素，最好使用random_shuffle函數或Fisher–Yates shuffle以獲得最佳性能。

Answer 1

至少要解決的一件事：

rand（）返回介於0和RAND_MAX（含）之間的隨機整數，因此您必須替換

  N*rand()/RAND_MAX 

通過

  N*rand()/(1+RAND_MAX)

Answer 2

您應將N替換為(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語句中使用“ Index1”來計算save1和save2。 那也將解決問題。

Answer 3

讓我們考慮一下（已編輯的問題的）這一行：

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

其中save1是int類型的變量， N是相同類型的const，而rand()返回范圍為[0，RAND_MAX]的int 。

在C ++中，此表達式是從左到右求值的，因此首先是乘法，然后是除法。 如果rand()返回的值大於INT_MAX /（N-1），則此操作溢出，導致未定義行為。 在大多數實現中，由於整數值的二進制補碼表示，結果可能是負值。

之后，執行RAND_MAX的整數除法，以便對於-RAND_MAX <x <RAND_MAX的任何值x，結果均為0。

您可以在此處看到您的程序（我只添加了一行來證明我的觀點）已編譯並執行。 請注意，索引的次數不為零。

在C中，使用rand()生成介於0和N之間的隨機數（不包括在內）的常見方法是：

int number = rand() % N;

還要考慮一種更好的算法來對數組進行混洗，例如Fisher Yates ，您可以在C語言中實現為：

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，您應該使用標准庫而不是重寫這些算法：

#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);  
}