C - BitArray 分段错误

Question

我目前正在尝试使用 BitSet 在 C 中实现 Eratosthenes 筛选，但是当我尝试筛选高达 1,000,000（100 万）的素数时出现分段错误 - 100,000（100000）仍在工作不过，我不知道为什么会出现段错误。

这是我使用的代码（我标记了发生错误的行）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <inttypes.h>

void eSieve(uint64_t upperLimit);
int main(int argc, char *argv[]) {
  uint64_t upperLimit;

  if (argc == 2) {
    upperLimit = (uint64_t) atoll(argv[1]);
    printf("Using custom limit: %" PRIu64 "\n", upperLimit);
  } else {
    upperLimit = 1000;
    printf("Using default limit: %" PRIu64 "\n", upperLimit);
  }

  eSieve(upperLimit);

  return 0;
}

typedef uint32_t prime_t;

void eSieve(uint64_t upperLimit) {
  if (upperLimit < 2) {
    printf("FAILURE: Bad upper limit.\n");
    return;
  }

  prime_t *sieve = calloc(1, (upperLimit + sizeof(prime_t) - 1)/sizeof(prime_t));

  if (!sieve) {
    printf("FAILURE: Could not initialize sieve.\n");
    return;
  }

  sieve[0] |= 3;    // Set first and second bit (representing 0 and 1)

  uint64_t prime, number;
  for (prime = 2; prime * prime < upperLimit; ) {
    for (number = prime * prime; number < upperLimit; number += prime) {
      // Segmentation fault for prime = 2 and number = 258048
      sieve[number/sizeof(prime_t)] |= (((prime_t) 1) << (number % sizeof(prime_t)));
    }

    while ((sieve[++prime/sizeof(prime_t)] & (prime_t)1 << (prime % sizeof(prime_t))) != 0)
      ;
  }

  number = upperLimit;
  while ((sieve[--number/sizeof(prime_t)] & (((prime_t)1) << (number % sizeof(prime_t)))) != 0)
    ;

  printf("Greatest prime-number below %" PRIu64 ": %" PRIu64 "\n", 
      upperLimit, number);
}

有人知道错误发生的原因吗？我猜现在分配了足够的空间（不知何故），但我现在看不出这怎么可能......

Answer 1

你没有得到正确的位数：

sieve[number/sizeof(prime_t)] |= (((prime_t) 1) << (number % sizeof(prime_t)));

做除法和取模时，需要除/取bits的个数，而不是bytes的个数：

sieve[number/(sizeof(prime_t)*8)] |= (((prime_t) 1) << (number % (sizeof(prime_t)*8)));

同样：

while ((sieve[++prime/(sizeof(prime_t)*8)] & (prime_t)1 << (prime % (sizeof(prime_t)*8))) != 0)

...

while ((sieve[--number/(sizeof(prime_t)*8)] & (((prime_t)1) << (number % (sizeof(prime_t)*8)))) != 0)

编辑：

您也没有分配正确的内存量。您需要的字节数等于限制除以位数，再加上 1 sizeof(prime_t) 进行四舍五入。

prime_t *sieve = calloc(1, (upperLimit / 8) + sizeof(prime_t));

就像现在一样，您分配的字节数是您需要的两倍。

此外，如果您想防范一个字节多于或少于 8 位的情况，请在上述代码中使用 CHAR_BIT 代替 8。无论sizeof(uint64_t) 计算结果如何都无关紧要，因为您仍然可以获得所需的正确位数。

Answer 2

您用calloc 分配X 个字节，将总数除以sizeof(prime_t)，但之后就好像您有空间容纳X 个prime_t 元素一样。

编辑：或者实际上，您正在分配一个大小为 X 的 1 元素数组。

如果你想按照你现在使用的方式去做，你应该这样做：

改为calloc(X, sizeof(prime_t))。

编辑：代码中的另一个主要问题是您使用的是字节级索引而不是位级索引。

请注意，prime_t 中有 sizeof(prime_t) * 8 位，因此在每个字节中您正好设置 1 位，是的。索引时除以sizeof(prime_t) 而不是(sizeof(prime_t) * 8)。