排序功能实现中的分段错误

Question

我正在尝试基于为我的编程课程提供的伪代码实现排序算法，而我和我的合作伙伴一直在遇到（核心转储）错误，通常是分段错误。我知道这通常意味着程序正在尝试访问它不允许访问的内存，但我不确定如何解决这个问题。

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

void FlipFlopSort(int *Array, int begin, int end){
    int length = (end-begin);
    float midh = 2*(float)length/3;
    midh = ceil(midh);
    float midl = (float)length/3;
    midl = ceil(midl);
    //cout << "size of sorted area = " << length << endl;
    if(length<=2){
        //cout << "Length = 2" << endl;
        if(Array[begin] > Array[begin+1]){
            swap(Array[begin], Array[begin+1]);
        }
    }else{
        //cout << "Recursion Begin 1" << endl;
        FlipFlopSort(Array, begin, midh);
        //cout << "Recursion End" << endl;
        FlipFlopSort(Array, midl, end);
        //cout << "Recursion Begin 2" << endl;
        FlipFlopSort(Array, begin, midh);
    }
}

int main(){
    // Declare Variables and Read Inputs
    int n;
    cin >> n;

    int Array[n];

    for(int i = 0; i < n; i++){
        cin >> Array[i];
    }

    FlipFlopSort(Array, 0, n);


    for(int i = 0; i<n; i++){
         if(i != (n-1)){
             cout << Array[i] << " ";
         }else{
             cout << Array[i] << endl;
         }
    }

    return 0;

}

Answer 1

让我们开始吧：

    int n;
    cin >> n;

    int Array[n];

1. 为什么 n 是有符号类型？数组大小不能声明为有符号类型。
2. C++ 严格禁止在堆栈上声明可变大小的数组（即您所做的方式）。它也是 C 的一个已弃用的特性。您应该改为：

    int* Array = new int[n];

您可能会遇到分段错误的原因之一是以下行：

    if (length <= 2) {
        //cout << "Length = 2" << endl;
        if (Array[begin] > Array[begin + 1]) {
            swap(Array[begin], Array[begin + 1]);
        }
    }

1. 如果长度小于或等于 2，是否意味着它至少有 2 个元素？它可能有 0 或 1。您应该在函数的开头添加一个检查：

void FlipFlopSort(int *Array, int begin, int end){
    int length = (end-begin);
    if (length <= 1) {
        return;
    }
    ...
}

另一个原因，是因为您计算的是中间大小而不是索引，也就是说，您不向它们添加开始。

考虑：开始=100，结束=103。 -> length = 3, midl = 1 and midh = 2. 有意义吗？不！在这种情况下，这些不是有效的索引。你应该写

midh += begin;
midl += begin;

在他们的计算之后。

最后，你应该避免使用浮点数（除非你真的需要），所以我会写：

    const int midl = begin + length / 3;
    const int midh = begin + 2 * midl;

它不等同于你写的，但它仍然有效，而你的有风险（上限值是可疑的，因为你可能会发现自己超出了数组的末尾）。

void FlipFlopSort(int* Array, int begin, int end) {
    const int length = end - begin;
    if (length <= 1) {
        return;
    }

    const int midh = begin + 2 * length / 3;
    const int midl = begin + length / 3;

    //cout << "size of sorted area = " << length << endl;
    if (length <= 2) {
        //cout << "Length = 2" << endl;
        if (Array[begin] > Array[begin + 1]) {
            swap(Array[begin], Array[begin + 1]);
        }
    }
    else {
        FlipFlopSort(Array, begin, midh);
        FlipFlopSort(Array, midl, end);
        FlipFlopSort(Array, begin, midh);
    }
}

Answer 2

当您swap 时，您必须确保length 至少为 2，否则您将交换数字超出范围。您的 midl 和 midh 值当前是错误的。它们是相对于begin 的，因此您需要将begin 添加到它们。但是，您可以将 midl 添加到 Array 本身并跳过函数中的 begin 参数以简化界面。

我还将浮点 std::ceil 操作替换为整数版本。

// A function to do integer division and return the ceil value
size_t DivCeil(size_t dividend, size_t divisor) {
    return 1U + ((dividend - 1U) / divisor);
}

void FlipFlopSort(int* Array, size_t length) {
    if(length > 2) {
        // calculate midl & midh
        size_t midl = DivCeil(length, 3U);
        size_t midh = DivCeil(2U * length, 3U);

        FlipFlopSort(Array, midh);
        // add midl to Array and sub midl from length
        FlipFlopSort(Array + midl, length - midl);
        FlipFlopSort(Array, midh);
    } else if(length == 2) {
        if(Array[1] < Array[0]) {
            // swap the values
            std::swap(Array[0], Array[1]);
        }
    } // else length < 2 ... don't do anything
}

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    size_t n;
    if(std::cin >> n) { // check that the user entered a number
        // don't use VLA:s, use a std::vector instead
        std::vector<int> Array(n);

        for(size_t i = 0; i < Array.size(); ++i) {
            std::cin >> Array[i];
        }

        FlipFlopSort(Array.data(), Array.size());

        for(int value : Array) {
            std::cout << value << '\n';
        }
    }
}

如果您希望您的排序算法更通用且可用于标准容器，您可以将输入参数替换为迭代器。

例子：

#include <algorithm> // std::iter_swap
#include <iterator>  // std::distance, std::next

// A function to do integer division and return the ceil value
template<typename T>
T DivCeil(T dividend, T divisor) {
    return 1 + ((dividend - 1) / divisor);
}

template<typename It>
void FlipFlopSort(It begin, It end) {
    auto length = std::distance(begin, end);     // iterator version of "length = end-begin"
    static constexpr decltype(length) two = 2;   // constant of the same type as length
    static constexpr decltype(length) three = 3; // -"-

    if(length > two) {
        // calculate midl & midh iterators
        auto midl = std::next(begin, DivCeil(length, three));
        auto midh = std::next(begin, DivCeil(two * length, three));

        FlipFlopSort(begin, midh);
        FlipFlopSort(midl, end);
        FlipFlopSort(begin, midh);
    } else if(length == two) {
        if(*std::next(begin) < *begin) {
            // swap the values pointed at by the iterators
            std::iter_swap(begin, std::next(begin));
        }
    } // else length == 1 or 0 ... don't do anything
}

用法：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    size_t n;
    if(std::cin >> n) {
        std::vector<int> Array(n);

        for(size_t i = 0; i < Array.size(); ++i) {
            std::cin >> Array[i];
        }

        FlipFlopSort(std::begin(Array), std::end(Array));

        for(int value : Array) {
            std::cout << value << '\n';
        }
    }
}