在 C++ 代码中将数组的数据类型从 int 更改为 long long 并将 INT_MAX 更改为 LLONG_MAX 是如何导致运行时错误的？

【问题标题】：How did changing datatype of an array from int to long long and INT_MAX to LLONG_MAX in a C++ code result in a runtime error?在 C++ 代码中将数组的数据类型从 int 更改为 long long 并将 INT_MAX 更改为 LLONG_MAX 是如何导致运行时错误的？
【发布时间】：2021-03-26 14:25:25
【问题描述】：

我的输入测试用例文件中的值使得在代码中的某个点，值会超过 int 的容量，所以我想我应该将这个值大于 INT_MAX 的特定数组的数据类型从 int 更改为long long 并将代码中的最大值从 INT_MAX 更改为 LLONG_MAX，以便运行时的比较不会产生错误的答案。

然而，现在代码似乎在到达上述测试用例之前就陷入了运行时错误。它现在在值都是面向 int 时过去通过的情况下失败。我不明白这怎么可能。

int 通过但 ll 失败的测试用例是：

100 50
1 23 133
1 87 16
2 9 78
3 12 117
3 39 19
5 25 219
5 47 130
5 97 157
6 50 114
9 11 25
9 39 227
10 45 187
10 77 120
12 19 85
13 43 247
14 16 4
15 33 223
16 33 1
19 69 204
20 35 119
20 43 213
20 86 19
22 40 233
23 33 61
23 79 152
26 89 213
27 57 129
28 42 220
31 68 84
31 69 183
32 39 145
32 100 117
33 49 198
34 48 78
37 66 200
37 91 77
39 44 235
41 70 109
42 92 33
44 74 196
48 73 26
51 57 216
53 70 158
63 98 220
66 72 148
80 93 150
81 99 54
83 84 129
83 89 177
95 100 16

下面是在这个 tc 处给出错误的代码。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

# define ll long long int

ll update, previous; 
set<pair<ll, int>> dist;
auto it=dist.begin();
int ind=0, n, i, j;
pair<ll, int>p;

void dij(vector<pair<int, ll>> tree[], bool decided[], ll d[], int path[]) {
    ind=0;
    while(!dist.empty()) {
        it=dist.begin();
        if(it==dist.end()) return;
        ind=it->second;
        dist.erase(it);
        decided[ind]=1;
        for(j=0; j<tree[ind].size(); j++) {
            update=d[ind]+tree[ind][j].second;
            previous=d[tree[ind][j].first];
            if(update<previous) {
                p=make_pair(previous, tree[ind][j].first);
                dist.erase(dist.find(p));
                p=make_pair(update, tree[ind][j].first);
                dist.insert(p);
                path[tree[ind][j].first]=ind;
            }
            d[tree[ind][j].first]=min(update, previous);
        }
    }
}

int main()
{
    ll edges;
    ll x, y, weight;
    cin>>n>>edges;
    vector<pair<int, ll>> graph[n];
    for(i=0; i<edges; i++) {
        cin>>x>>y>>weight;
        x--; y--;
        graph[x].push_back({y, weight});
        graph[y].push_back({x, weight});
    }
    int src=1;
    src--;
    ll d[n];
    for(i=0; i<n; i++) {
        if(src==i) {
            dist.insert({0, i});
            d[i]=0;
        }
        else {
            dist.insert({LLONG_MAX, i});
            d[i]=LLONG_MAX;
        }
    }
    bool decided[n]={0};
    int path[n]={-1};
    for(int i=1; i<n; i++) path[i]=-2;
    dij(graph, decided, d, path);
    if(path[n-1]==-2) cout<<-1;
    else {
        vector<int> s;
        int final=n-1;
        while (final!=-1) {
            s.push_back(final);
            final=path[final];
        }
        reverse(s.begin(), s.end());
        for(auto pi:s) cout<<pi+1<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

下面是为这个 tc 生成正确输出的代码。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

# define ll long long int

ll update, previous; 
set<pair<ll, int>> dist;
auto it=dist.begin();
int ind=0, n, i, j;
pair<ll, int>p;

void dij(vector<pair<int, ll>> tree[], bool decided[], int d[], int path[]) {
    ind=0;
    while(!dist.empty()) {
    it=dist.begin();
    if(it==dist.end()) return;
    ind=it->second;
    dist.erase(it);
    decided[ind]=1;
    for(j=0; j<tree[ind].size(); j++) {
        update=d[ind]+tree[ind][j].second;
        previous=d[tree[ind][j].first];
        if(update<previous) {
            p=make_pair(previous, tree[ind][j].first);
            dist.erase(dist.find(p));
            p=make_pair(update, tree[ind][j].first);
            dist.insert(p);
            path[tree[ind][j].first]=ind;
        }
        d[tree[ind][j].first]=min(update, previous);
    }
    }
}

int main()
{
    ll edges;
    ll x, y, weight;
    cin>>n>>edges;
    vector<pair<int, ll>> graph[n];
    for(i=0; i<edges; i++) {
        cin>>x>>y>>weight;
        x--; y--;
        graph[x].push_back({y, weight});
        graph[y].push_back({x, weight});
    }
    int src=1;
    src--;
    int d[n];
    for(i=0; i<n; i++) {
        if(src==i) {
            dist.insert({0, i});
            d[i]=0;
        }
        else {
            dist.insert({INT_MAX, i});
            d[i]=INT_MAX;
        }
    }
    bool decided[n]={0};
    int path[n]={-1};
    for(int i=1; i<n; i++) path[i]=-2;
    dij(graph, decided, d, path);
    if(path[n-1]==-2) cout<<-1;
    else {
        vector<int> s;
        int final=n-1;
        while (final!=-1) {
            s.push_back(final);
            final=path[final];
        }
        reverse(s.begin(), s.end());
        for(auto pi:s) cout<<pi+1<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

这两个代码的唯一区别是以下几行：

void dij(vector> tree[], bool denied[], ll d[], int path[])

void dij(vector> tree[], bool denied[], int d[], int path[])

ll d[n];

int d[n];

dist.insert({LLONG_MAX, i})

dist.insert({INT_MAX, i})

d[i]=LLONG_MAX

d[i]=INT_MAX

有人可以指出这是如何产生以下错误，我读到的错误与“在我不应该分配内存的地方”或“尝试使用不是从 new 获得的指针值执行删除”有关。是什么导致了这个问题，我应该如何解决？

free(): invalid pointer
Aborted (core dumped)

【问题讨论】：

  • 既然知道std::vector，为什么还要使用非标准且有风险的变长数组？
  • int d[n]; -- 补充一下前面的评论，你已经在使用std::vector，那你为什么不在这里也使用它呢？您似乎不知道向量的用途。
  • 用向量代替数组能解决问题吗？
  • 使用向量会给你一个解决问题的机会。使用矢量，您可以使用 at() 函数来测试边界条件。对于那些非标准的可变长度数组，没有这样的东西。无论如何，任何使用 Visual C++ 来尝试测试您的代码的人都必须更改它。如果您将代码更改为不使用任何 VLA 并使用向量会更好。
  • 欢迎来到 C++ 的世界。仅仅因为代码“有效”并不意味着它是正确的。 C++ 有一种叫做“未定义行为”的东西。

标签： c++ pointers integer runtime-error long-long


【解决方案1】：

问题确实与long long 有关，这就是为什么带有int 的代码运行良好的原因，因为update 会产生溢出，因为变量是两个long long 类型的总和在main() 中分配了最大值LLONG_MAX 的变量被忽略了。

由于long long 无法容纳2*LLONG_MAX，它既没有保存也没有在用作最小堆的对集中找到该值。因此，迭代器指向集合的末尾，擦除 set.end() 将在面向 long long 数据类型的代码中产生未定义的行为，而在面向 int 的代码中则不会。

将LLONG_MAX替换为1e18，代码中的问题解决了，所有测试文件的代码运行顺利。

此外，为了澄清通过 cmets 指出的所有原因，我认为我应该澄清在执行 dist.erase(dist.find(p)) 之前不检查 dist.find(p) 是否存在并且不指向集合的结尾不会产生任何问题。这是因为它是 Dijkstra 算法，并且发现 update 小于 previous 的次数，从源计算更新距离的节点将始终存在于与距离配对的集合中previous。这是因为所有节点最初都使用 10e8 的值输入，并且随着在 while 循环的连续迭代中找到值而进行更新。

下面是工作代码，唯一的区别是我使用的是1e18，而不是LLONG_MAX，它在所有测试文件上运行良好，包括我在问题中提到的有问题的文件。

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

# define ll long long int

ll update, previous; 
set<pair<ll, int>> dist;
auto it=dist.begin();
int ind=0, n, i, j;
pair<ll, int>p;

void dij(vector<pair<int, ll>> tree[], bool decided[], ll d[], int path[]) {
    ind=0;
    while(!dist.empty()) {
        it=dist.begin();
        if(it==dist.end()) return;
        ind=it->second;
        dist.erase(it);
        decided[ind]=1;
        for(j=0; j<tree[ind].size(); j++) {
            update=d[ind]+tree[ind][j].second;
            previous=d[tree[ind][j].first];
            if(update<previous) {
                p=make_pair(previous, tree[ind][j].first);
                //cout<<p.first<<" intermediate "<<p.second<<endl;
                dist.erase(dist.find(p));
                p=make_pair(update, tree[ind][j].first);
                dist.insert(p);
                path[tree[ind][j].first]=ind;
            }
            d[tree[ind][j].first]=min(update, previous);
        }
    }
}

int main()
{
    ll edges;
    ll x, y, weight;
    cin>>n>>edges;
    vector<pair<int, ll>> graph[n];
    for(i=0; i<edges; i++) {
        cin>>x>>y>>weight;
        x--; y--;
        graph[x].push_back({y, weight});
        graph[y].push_back({x, weight});
    }
    int src=1;
    src--;
    ll d[n];
    for(i=0; i<n; i++) {
        if(src==i) {
            dist.insert({0, i});
            d[i]=0;
        }
        else {
            dist.insert({1e18, i});
            d[i]=1e18;
        }
    }
    bool decided[n]={0};
    int path[n]={-1};
    for(int i=1; i<n; i++) path[i]=-2;
    dij(graph, decided, d, path);
    if(path[n-1]==-2) cout<<-1;
    else {
        vector<int> s;
        int final=n-1;
        while (final!=-1) {
            s.push_back(final);
            final=path[final];
        }
        reverse(s.begin(), s.end());
        for(auto pi:s) cout<<pi+1<<" ";
    }
    cout<<endl;
}

这是问题中测试文件的输出：

输入

100 50
1 23 133
1 87 16
2 9 78
3 12 117
3 39 19
5 25 219
5 47 130
5 97 157
6 50 114
9 11 25
9 39 227
10 45 187
10 77 120
12 19 85
13 43 247
14 16 4
15 33 223
16 33 1
19 69 204
20 35 119
20 43 213
20 86 19
22 40 233
23 33 61
23 79 152
26 89 213
27 57 129
28 42 220
31 68 84
31 69 183
32 39 145
32 100 117
33 49 198
34 48 78
37 66 200
37 91 77
39 44 235
41 70 109
42 92 33
44 74 196
48 73 26
51 57 216
53 70 158
63 98 220
66 72 148
80 93 150
81 99 54
83 84 129
83 89 177
95 100 16

参与者的输出

-1

陪审团的回答

-1

提交链接-Dijkstra

【讨论】：

  • Changing LLONG_MAX to 1e18 solved the problem 不，您不能更改标准宏值
  • 我的意思是用 1e18 替换代码中的 LLONG_MAX
  • 我认为这很明显......加上答案中还有代码，所以我认为它不是可以理解的，但我会确保将其编辑为“替换”而不是“改变”，以免其他人感到困惑......
  • Here is your answer, written in standard C++.
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