C++ 对拍详解
\(\text{2023.7.29 Update:}\)
根据第二条评论的大佬的说法，使用 timeb 支持生成毫秒级别的随机数。
于是本博客中生成随机数的方式改为了使用 timeb。
这样就不会出现浪费对拍的问题，进而，删除了代码中所有的 Sleep(1000)。
尽量标注了所有代码区的代码名称，规范了所有 .exe 的名称。
对拍是什么
对拍，是一个比较实用的工具。它能够非常方便地对于两个程序的输出文件进行比较，可以帮助我们实现一些自动化的比较输出结果的问题。
众所周知，几乎每一道编程题目，都会有某种正解能拿到满分；当我们想不出正解时，我们往往可以打暴力代码来获取部分分数。
但是，当我们觉得有思路写正解，但又担心自己正解写的不对，而恰好，我们又有一个能够暴力骗分的代码。这个时候就可以用到对拍。 暴力骗分代码必须保证正确性，只是超出时间限制，不能出现答案错误的情况。
这样，我们可以造多组数据，让暴力骗分的程序跑一遍，再让我们自己写的正解跑一遍，二者进行多次对比。如果多组数据都显示二者的输出结果一样，那么这个正解大概率没问题。相反地，如果两组数据不同，我们就找到了一组错误数据，方便调试，找到正解哪里出了问题。
这便是对拍。其作用也在上文提出。
对拍的实现
准备基本代码
首先，我们要有 2 份代码，一份是这一道题 “你写的正解” 代码，另一份是同一道题 “你打的暴力” 代码。
为了方便，我们先用 A+B problem 来演示对拍。
正解代码： std.cpp
#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
int a, b;
scanf("%d%d", &a, &b);
printf("%d\n", a + b);
return 0;
}
暴力代码：baoli.cpp
#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
int a, b;
scanf("%d%d", &a, &b);
int ans = 0;
int i;
for (i = 1; i <= a; i++)
ans++;
for (i = 1; i <= b; i++)
ans++;
printf("%d\n", ans);
return 0;
}
两份代码有了，将它们全部编译。我们把它们放在同一个文件夹里。这样算是做好了对拍的准备。
制作数据生成器
前置知识：利用 timeb 生成毫秒级别随机数
我们制作的数据要求格式和上面两份代码的输入格式一样。
根据上面，我们可以知道输入的数据为 2 个数，中间有空格分隔。那么，我们的数据生成器就要输出 2 个数，中间也要用空格分隔。
创建一个新的源代码，data.cpp
#include<bits/stdc++.h>
int main()
{
struct _timeb T;
_ftime(&T);
srand(T.millitm);
//生成随机数种子，利用 timeb 生成毫秒级别随机数
printf("%d %d\n", rand(), rand());
//这样就生成了2个随机数
}
编译、运行一下，确实生成了 2 个随机数。
注：如果不加那个随机种子，重复执行程序，生成的随机数每次都是一样的数。
Extra：数据范围
如果我们对于数据范围有要求，那怎么办呢？
要让随机数限定在一个范围，可以采用 “模除加加法” 的方式。
对于任意数，\(0\leq rand()\%(a+1) \leq a\) 。
于是 \(0+k\leq rand()\%(a+1) +k\leq a+k\) 。
举几个简单的例子：
-
当
a = rand() % 2时，a 的范围：\(0 \leq a \leq 1\) 。 -
当
a = rand() % 2 + 1时，a 的范围：\(1 \leq a \leq 2\) 。 -
要想让 \(1 \leq a \leq 30000\) ，则
a = rand() % 30000 + 1。
但是，这里有个小问题。Windows 系统下 rand() 生成的随机数的范围在 0~32767 之间。如果我们想要得到比 32767 更大的随机数怎么办呢？除了换 Unix 系统外，我还有一个小办法，很实用。
比如让 \(1 \leq a \leq 1,000,000\)
#include<bits/stdc++.h>
#define ll long long
ll Random(ll mod)
{
ll ans = 2147483647;
return ans = ans * rand() % mod + 1;
}
int main()
{
struct _timeb T;
_ftime(&T);
srand(T.millitm);
ll n;
while (1)
{
n = Random(1000000);
printf("%lld\n", n);
}
return 0;
}
看一下输出结果
对拍代码
标准输入输出代码
标准输入输出指的是：两份基本代码和数据生成代码里不含文件输入输出操作，如 freopen 等。
在这里，我们需要用到一些文件的读写符号。（需用到 <cstdlib> 库）
system("A.exe > A.txt") 指的是运行 A.exe，把结果输出（>）到 A.txt 中。
system("B.exe < A.txt > C.txt") 指的是运行 B.exe，从 A.txt 中读入（<）数据，把结果输出（>）到 C.txt 中。
system("fc A.txt B.txt") 指的是比较 A.txt 和 B.txt ，如果两个文件里的数据相同返回0，不同返回1。
那么，我们就可以执行这一操作来实现对拍。
- 先让数据生成器输出数据。
system("data.exe > in.txt") - 然后用这个数据跑一遍暴力代码，输出结果。
system("baoli.exe < in.txt > baoli.txt") - 再用这个数据跑一遍你写的正解代码，输出结果。
system("std.exe < in.txt > std.txt") - 把两个结果相比较，判断是不是一样的。
system("fc std.txt baoli.txt")
创建一个源代码，命名为 duipai.cpp：
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
while (1) //一直循环，直到找到不一样的数据
{
system("data.exe > in.txt");
system("baoli.exe < in.txt > baoli.txt");
system("std.exe < in.txt > std.txt");
if (system("fc std.txt baoli.txt")) //当 fc 返回 1 时，说明这时数据不一样
break; //不一样就跳出循环
}
return 0;
}
文件输入输出
文件输入输出指的是：两份基本代码和数据生成代码里含有文件输入输出操作，如 freopen 等。
因为基本代码中有文件输入输出，所以我们在对拍代码中不必使用 ' < ' 、' > ' 等符号对文件进行操作。只需运行一下两个程序，程序会自己输出文件。
这种文件输入输出的模式适合 OIer 使用。优点在于对拍的时候不用删除 freopen 。
-
数据生成代码 data.cpp 示例：
#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
struct _timeb T;
_ftime(&T);
srand(T.millitm);
freopen("in.txt", "w", stdout); //生成 使两份基本代码 将要读入的数据
int a = rand(), b = rand();
printf("%d %d\n", a, b);
}
-
暴力代码 baoli.cpp 示例：
#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
freopen("in.txt", "r", stdin); //读入数据生成器造出来的数据
freopen("baoli.txt", "w", stdout); //输出答案
int a, b, ans = 0;
scanf("%d %d", &a, &b);
for (int i = 1; i <= a; ++i)
ans++;
for (int i = 1; i <= b; ++i)
ans++;
printf("%d\n", ans);
}
-
正解代码 std.cpp 示例：
#include <bits/stdc++.h>
int main()
{
freopen("in.txt", "r", stdin);
freopen("std.txt", "w", stdout);
int a, b;
scanf("%d %d", &a, &b);
printf("%d\n", a + b);
}
-
对拍代码 duipai.cpp 示例：
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main()
{
while (1) //一直循环，直到找到不一样的数据
{
system("data.exe");
system("baoli.exe");
system("std.exe");
if (system("fc std.txt baoli.txt")) //当 fc 返回 1 时，说明这时数据不一样
break; //不一样就跳出循环
}
return 0;
}
运行对拍程序
目前，我们有了 4 份代码。为了实现对拍，我们要把这些代码放在同一个文件夹的同一层里。
再次确保打开每一份代码，编译，让每一份代码都生成一个同名的 .exe 程序。如下：
然后，打开 duipai.exe ，我们可以看到程序正在对两个输出文件进行比较
找不到差异，说明这两份代码输出的两个文件是一样的。
那么我们可以一直拍着，如果长时间都是找不到差异，那么你写的正解就可能是对的了。
如果找到差异，它会分别返回两个文件的数据，这样我们就有了一组错误数据，方便我们 debug 。
这是存在差异的情况。
美化对拍程序
众所周知，每一道编写程序题都有时间限制。那么我们可以用一个计时函数"clock()"，来计算我们写的正解用的时间，判断它是否超时（当然，本地测出的时间和评测机测的时间一般不同），并把所用时间在对拍程序上体现出来。
我们还可以给把一个通过的数据当作一个测试点，还可以给他赋予编号，这些都能在对拍程序直观地体现出来，像下面这样：
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <windows.h>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;
int main()
{
int ok = 0;
int n = 50;
for (int i = 1; i <= n; ++i)
{
system("data.exe > in.txt");
system("std.exe < in.txt > std.txt");
double begin = clock();
system("baoli.exe < in.txt > baoli.txt");
double end = clock();
double t = (end - begin);
if (system("fc std.txt baoli.txt"))
{
printf("测试点#%d Wrong Answer\n", i);
}
else if (t > 1000) //1秒
{
printf("测试点#%d Time Limited Exceeded 用时 %.0lfms\n", i, t);
}
else
{
printf("测试点#%d Accepted 用时%.0lfms\n", i, t);
ok++; //AC数量+1
}
}
printf("\n");
double res = 100.0 * ok / n;
printf("共 %d 组测试数据，AC数据 %d 组。 得分%.1lf。", n, ok, res);
}
上面造了 50 个测试点，我们还可以计算程序 AC 多少个点来评个总分。这样可以让我们大致地了解一下编出的程序的正确性。
总结
经过上面的一番讲解，大家一定对 “对拍” 已经有了一些了解。相信大家跟着上面的步骤，也能用对拍来解决一些实际的问题。
在考场上，对于一些 比较容易写出暴力代码 而 写正解又担心自己写不对 的情况，我们可以用自己的暴力代码和写的正解比较一下。（毕竟暴力代码肯定不会WA掉，输出的答案只是慢了些，但答案肯定不会错） 这么比较，就可以检查出自己写的正解有没有大问题。
而且，对拍还能方便地计算出任意随机数据所跑的时间，我们可以知道这个程序大约用的时间，我们可以自己再去调试优化。这避免了我们考试时写完代码，但是不知道自己的程序跑大数据非常慢，考试结束交程序评测的时候全是TLE。（悲）
但是，对拍仅仅能确保自己写的正解能跑过一些比较小的数据。如果数据范围太大，一是暴力的程序跑不出来，二是数据生成的程序需要承受更多的压力。所以，如果想要确保能过大数据，需要自己手动去看一下代码里面是否隐藏着问题，比如中间过程要强转为 long long 等等。
总之，对拍是个比较实用的工具，它非常方便地对两个文件进行了比较操作。这是编程的必备神器，大家一定要好好掌握！
希望大家在2020NOIP中发挥超常，RP++！
EdisonBa
2020.8.15 首次发布
2023.7.29 重大修改
