C++ 对拍详解

对拍是什么

​对拍，是一个比较实用的工具。它能够非常方便地对于两个程序的输出文件进行比较，可以帮助我们实现一些自动化的比较输出结果的问题。

​众所周知，每一道编程题目，都会有某种正解能拿到满分；当我们想不出正解时，我们往往可以打暴力代码来获取部分分数。

​但是，当我们觉得有思路写正解，但又担心自己正解写的不对，而恰好，我们又有一个能够暴力骗分的代码。这个时候就可以用到对拍。 暴力骗分代码必须保证正确性，最多只是超时，不能出现答案错误的情况。

​这样，我们可以造多组数据，让暴力骗分的程序跑一遍，再让我们自己写的正解跑一遍，二者进行多次对比。如果多组数据都显示二者的输出结果一样，那么这个正解大概率没问题。相反地，如果两组数据不同，我们就找到了一组错误数据，方便调试，找到正解哪里出了问题。

​这便是对拍。其作用也在上文提出。

对拍的实现

准备基本代码

​首先，我们要有2份代码，一份是这一道题“你写的正解”代码，另一份是同一道题“你打的暴力”代码。

​为了方便，我们先用 A+B problem 来演示对拍。

​自己的代码： std.cpp

#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    printf("%d\n", a + b);
    return 0;
}

​暴力代码：baoli.cpp

#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    int ans = 0;
    int i;
    for (i = 1; i <= a; i++)
        ans++;
    for (i = 1; i <= b; i++)
        ans++;
    printf("%d\n", ans);
    return 0;
}

​两份代码有了，我们把它放在同一个文件夹里。这样算是做好了对拍的准备。

制作数据生成器

我们制作的数据要求格式和上面两份代码的输入格式一样。

​根据上面，我们可以知道输入的数据为2个数，中间有空格分隔。那么，我们的数据生成器就要输出2个数，中间也要用空格分隔。

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
int main()
{
    srand(time(0));
    //这是一个生成随机数随机种子，需要用到 ctime 库
    printf("%d %d\n", rand(), rand());
    //这样就生成了2个随机数
    return 0;
}

运行一下，确实生成了2个随机数。

​注：如果不加那个随机种子，生成的随机数每次都是一样的数。

Extra：数据范围

​如果我们对于数据范围有要求，那怎么办呢？

​要让随机数限定在一个范围，可以采用 “模除加加法” 的方式。

​对于任意数，0≤rand()%(a+1)≤a 。

​于是 0+k≤rand()%(a+1)+k≤a+k 。

​举几个简单的例子：

1. 当 a=rand()%2 时，a 的范围：0≤a≤1 。
2. 当 a=rand()%2+1 时，a 的范围：1≤a≤2 。
3. 要想让 1≤a≤30000 ，则 a=rand()%30000+1 。

但是，这里有个小问题。Windows 系统下 rand() 生成的随机数的范围在0~32767之间。如果我们想要得到比32767更大的随机数怎么办呢？除了换 Unix 系统外，我还有一个小办法，很实用。

比如让 1≤a≤1,000,000

ll random(ll mod)
{
    ll n1, n2, n3, n4, ans;
    n1 = rand();
    n2 = rand();
    n3 = rand();
    n4 = rand();
    ans = n1 * n2 % mod;
    ans = ans * n3 % mod;
    ans = ans * n4 % mod;
    return ans;
}

int main()
{
    srand((unsigned)time(0));
    ll n;
    while (1)
    {
        n = random(1000000);
        cout << n << endl;
    }
    return 0;
}

看一下输出结果

这种 “暴力” 的方法是不是感到很神奇呢？

对拍代码

标准输入输出代码

​标准输入输出指的是：两份基本代码和数据生成代码里不含文件输入输出操作，如 freopen 等。

​在这里，我们需要用到一些文件的读写符号。（需用到 库）

​system(“A.exe > A.txt”) 指的是运行 A.exe，把结果输出（>）到 A.txt 中。

​system(“B.exe < A.txt > C.txt”) 指的是运行 B.exe，从 A.txt 中读入（<）数据，把结果输出（>）到 C.txt 中。

​system(“fc A.txt B.txt”) 指的是比较 A.txt 和 B.txt ，如果两个文件里的数据相同返回0，不同返回1。

​那么，我们就可以执行这一操作来实现对拍。

1. 先让数据生成器输出数据。 system(“data.exe > in.txt”)
2. 然后用这个数据跑一遍暴力代码，输出结果。 system(“baoli.exe < in.txt > baoli.txt”)
3. 再用这个数据跑一遍你写的正解代码，输出结果。 system(“std.exe < in.txt > std.txt”)
4. 把两个结果相比较，判断是不是一样的。 system(“fc std.txt baoli.txt”)

文件输入输出

​标准输入输出指的是：两份基本代码和数据生成代码里含有文件输入输出操作，如 freopen 等。

​因为基本代码中有文件输入输出，所以我们在对拍代码中不必使用 ‘ < ‘ 、’ > ‘ 等符号对文件进行操作。只需运行一下两个程序，程序会自己输出文件。

​这种文件输入输出的模式适合各种大型线下比赛使用。优点在于对拍的时候不用删除 freopen 。

1. 数据生成代码例子：

#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
    srand(time(0));
    freopen("in.in", "w", stdout); //生成 使两份基本代码 将要读入的数据
    int a = rand(), b = rand();
    printf("%d %d\n", a, b);
}

2. 暴力代码例子：

#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
    freopen("in.in", "r", stdin);      //读入数据生成器造出来的数据
    freopen("baoli.txt", "w", stdout); //输出答案
    int a, b, ans = 0;
    scanf("%d %d", &a, &b);
    for (int i = 1; i <= a; ++i)
        ans++;
    for (int i = 1; i <= b; ++i)
        ans++;
    printf("%d\n", ans);
}

3. 正解代码例子：

#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
    freopen("in.in", "r", stdin);
    freopen("std.txt", "w", stdout);
    scanf("%d %d", &a, &b);
    printf("%d\n", a + b);
}

4. 对拍代码

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
    while (1) //一直循环，直到找到不一样的数据
    {
        system("data.exe");
        system("baoli.exe");
        system("std.exe");
        if (system("fc std.txt baoli.txt")) //当 fc 返回1时，说明这时数据不一样
            break;                          //不一样就跳出循环
    }
    return 0;
}

运行对拍程序

​目前，我们有了4份代码。为了实现对拍，我们要把这些代码放在同一个文件夹的同一层里。

​并且打开每一份代码，让每一份代码都生成一个同名的 .exe 程序。如下：

​然后，打开 duipai.exe ，我们可以看到程序正在对两个输出文件进行比较

​找不到差异，说明这两份代码输出的两个文件是一样的。

​那么我们可以一直拍着，如果长时间都是找不到差异，那么你写的正解就可能是对的了。

​如果找到差异，它会分别返回两个文件的数据，这样我们就有了一组错误数据，方便我们 debug 。

这是存在差异的情况。

程序的优化

节约对拍次数

​在对拍时，你有没有发现在 cmd 的黑色框框里面，“找不到差异” 这几行输出的很快，看起来对拍的频率好像很高的样子。实际上，这样浪费了很多次对拍，数据生成需要一定的时间，而文件的读取输出等都需要一定时间。但是两个输出文件的对比却在不停地运行着，数据生成器生成的文件在一定的时间内是相同的，这样就浪费了许多次对拍。

​为此，我们可以使每次对拍完毕后休眠1秒，给四个程序留给一定的缓冲时间，使得每次对拍时，数据生成器生成的数据都不同。

​那么，我们可以使用 <windows.h> 库里的 Sleep(t) ，t 为时间，单位是毫秒。它可以使程序休眠 t 毫秒。我们可以在每次对拍之后加上 Sleep(1000) ，这样每次对拍之后休眠1秒，就不会出现浪费对拍的情况了。详见下面代码部分。

美化对拍程序

​众所周知，每一道编写程序题都有时间限制。那么我们可以用一个计时函数”clock()”，来计算我们写的正解用的时间，判断它是否超时（当然，本地测出的时间和评测机测的时间一般不同），并把所用时间在对拍程序上体现出来。

​我们还可以给把一个通过的数据当作一个测试点，还可以给他赋予编号，这些都能在对拍程序直观地体现出来，像下面这样：

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <windows.h>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
    int ok = 0;
    int n = 50;
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
    {
        system("make.exe > make.txt");
        system("std.exe < make.txt > std.txt");
        double begin = clock();
        system("baoli.exe < make.txt > baoli.txt");
        double end = clock();

        double t = (end - begin);
        if (system("fc std.txt baoli.txt"))
        {
            printf("测试点#%d Wrong Answer\n", i);
        }
        else if (t > 1000) //1秒
        {
            printf("测试点#%d Time Limited Exceeded 用时 %.0lfms\n", i, t);
        }
        else
        {
            printf("测试点#%d Accepted 用时%.0lfms\n", i, t);
            ok++; //AC数量+1
        }
    }
    printf("\n");
    double res = 100.0 * ok / n;
    printf("共 %d 组测试数据，AC数据 %d 组。 得分%.1lf。", n, ok, res);

    Sleep(1000); //休眠1秒，为了节约对拍次数。
}

​上面造了50个测试点，我们还可以计算程序 AC 多少个点来评个总分。这样可以让我们大致地了解一下编出的程序的正确性。

​ 这样子，对拍的作用就发挥到了极致。

原文链接

C++ 对拍详解 -QT开发中文网C++ 对拍详解 https://qt.0voice.com/?id=808