使用双端队列滑动窗口（运行时错误）

Question

在下面的程序中，我试图在长度为 n 的数组中找到窗口大小的最大值 k。供参考，问题来自LeetCode。

例如，如果数组是 [2 5 3 1 2] 并且窗口大小是 3，那么我有窗口为 [2 5 3]、[5 3 1]、[3 1 2] 并且对应的最大值是 5 , 5, 3.

我为此目的使用std::deque，但它给出了运行时错误，我认为没有发生任何指针失效，我找不到任何。请帮帮我，我在这个问题上卡了很长时间。

这是我的代码：

class Solution {
public:
    vector<int> maxSlidingWindow(vector<int>& nums, int k) {
        deque<int> d;
        for (int i = 0; i < k; ++i) {
            while (!d.empty() && d.front() < nums[i]) {
                d.pop_front();
            }
            d.push_front(nums[i]);
        }
        vector<int> ans;
        ans.push_back(d.back());

        int n = nums.size();
        for (int i = k; i < n; ++i) {
            while (1) {
                int elem = d.back();
                d.pop_back();
                if (elem == nums[i-k]) {
                    break;
                }
            }
            while (!d.empty() && d.front() < nums[i]) {
                d.pop_front();
            }
            d.push_front(nums[i]);
            ans.push_back(d.back());
        }
        return ans;
    }
};

显示的错误信息是这样的：

Line 157: Char 16: runtime error: reference binding to misaligned address 0xbebebebebebec0ba for type 'int', which requires 4 byte alignment (stl_deque.h)
0xbebebebebebec0ba: note: pointer points here
<memory cannot be printed>
SUMMARY: UndefinedBehaviorSanitizer: undefined-behavior /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../../include/c++/8/bits/stl_deque.h:162:16

Answer 1

观察你的这部分代码：

while (1) {
    int elem = d.back();         // get element
    d.pop_back();                // pop element

    if (elem == nums[i-k]) {     // compare element
        break;                   // and break on success
    }                            // What happens on failure???
}                                // Inifinite loop and UB!

while 循环未退出。

在每次迭代中，您都在从 deque 访问和弹出一个元素，直到它为空，因为 elem 不等于 nums[i-k]。

将while (1) 更改为：

while ( !d.empty() )

因为只有在双端队列不为空时才能从双端队列中获取和弹出元素！

并且，在空双端队列上调用 back() 和 pop_back() 是 Undefined Behavior：

来自std::deque::back()的文档：

在空容器上调用 back 会导致未定义的行为。

std::deque::pop_back() 也是如此：

在空容器上调用 pop_back 是未定义的。

Answer 2

抱歉，我忍不住要另一种实现方式。

因此，我试图更接近滑动窗口的隐喻——即在现有向量上滑动开始和结束索引以确定子范围的最大值。

我仍然记得存在一个接受初始化列表的std::max() 风格。 （以某种方式使用它是我的初衷。）

然而，当我在谷歌上搜索（回忆细节并准备好链接）时，我偶然发现了更好的东西（也由<algorithm> 提供）：

std::max_element

在 [first, last) 范围内查找最大的元素。

所以，我创建了一个MCVE 来看看使用std::max_element() 会是什么样子：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> maxSlidingWindow(
  const std::vector<int> &nums, // the sample data
  int k) // the length of sliding window
{
  if (k <= 0) return { }; // no maxima for insufficient range
  if ((size_t)k > nums.size()) k = nums.size(); // Ehem... window too large
  std::vector<int> ans;
  //ans.reserve(num.size() - k); // allocate final size at once (for more speed)
  for (size_t i = k; i <= nums.size(); ++i) {
    ans.push_back(
      *std::max_element(nums.begin() + i - k, nums.begin() + i));
  }
  return ans;
}      

std::ostream& operator<<(std::ostream &out, const std::vector<int> &vec)
{
  const char *sep = "";
  for (int value : vec) {
    out << sep << value;
    sep = " ";
  }
  return out;
}

int main()
{
  std::vector<int> sample = { 2, 5, 3, 1, 2 };
  std::cout << "Input: " << sample << '\n';
  std::cout << "Output: " << maxSlidingWindow(sample, 3) << '\n';
}

输出：

Input: 2 5 3 1 2
Output: 5 5 3

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