数组中的混合元素:基于堆栈的缓冲区溢出错误

Question

我给出的代码是原程序的问题部分。它随机交换myArray的两个元素N次和T个循环数。这个程序做它应该做的事情，但是在点击“返回0”之后，它显示了"program.exe已经停止工作“的错误信息。调试输出显示

Stack cookie instrumentation code detected a stack-based buffer overrun

为什么程序在其工作完成后显示错误？我怎么才能解决这个问题？

#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Nth位置会造成问题。

但以下两种方法都不一致地生成随机整数。

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

nor

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

关于这个方法的问题，有一个很好的视频。正如Mic和Bob__所指出的那样，也存在着由(N-1)*rand()引起的超支问题。

对于大范围的随机整数，这种模块化方法也是非常低效率的(请查看此文章以获得详细信息)。因此，我生成均匀随机数的最佳机会是以下方法(借用自本文)。

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

另外，对于改组数组元素，最好使用random_shuffle函数或Fisher–Yates shuffle来实现最佳性能。

Answer 1

让我们考虑这一行(编辑的qustion)：

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，rand()返回0范围内的int，RAND_MAX。

在C++中，这个表达式是从左到右计算的，所以首先是乘法，然后是除法。如果rand()返回的值大于INT_MAX /(N-1)，则此操作会溢出，导致未定义的行为。在大多数实现中，由于两种形式对积分值的补表示，结果可能是负值。

在此之后，执行RAND_MAX整数除法，以便对于任何值x，如-RAND_MAX

您可以看到这里编译和执行您的程序(我只添加了一行以证明我的观点)。请注意有多少次识别码不是零。

在C中，使用rand()生成0到N(排除在外)之间的随机数的一种常见方法是：

int number = rand() % N;

还可以考虑一个更好的算法来洗牌数组，比如费希尔·耶茨，您可以在C中实现该算法，如：

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);  
}

Answer 2

至少有一件事需要解决：

rand()返回0和RAND_MAX包含的随机整数，因此必须替换

  N*rand()/RAND_MAX 

通过

  N*rand()/(1+RAND_MAX)

Answer 3

您应该将N替换为(N-1)。也许这就是你想要做的。

    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。这也会解决问题。