测试数据之自动生成

最近在学习排序算法的时候，需要利用程序自动生成测试数据，代码和思路整理在这篇文章里面。

文章图片来源于 GitHub，网速不佳的朋友请点我看原文。

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1. 设计思路

因为会被很多排序算法调用，所以，数据自动生成代码应该放在.h头文件中。为了防止命名冲突，函数被封装在“命名空间”中（代码中命名空间是: SortTestHelper）。

而对于排序来说，自动生成数据的类型需要有以下几种：

1. [a, b]范围内的n个随机数据，比如：1、2、100、-1...
2. n个近乎有序的数据，比如：1、2、3、7、5、6、4...
3. n个近乎相同的数据，比如：1、1、1、2、2、2、2、2...

除此之外，还需要数组浅拷贝、打印的函数，以及验证是否排序成功和测试排序时间的函数。

2. 用的知识点

1. srand(time(NULL)) 与 rand() : 设立随机种子，生成随机数
2. clock() : 用来算法运行前后的计算时钟周期差值，再除以CLOCKS_PER_SEC 即为运行秒数。
3. 函数式编程 : 使用函数指针，方便调用和测试排序函数

其中rand()函数能生成 0 到MAX_INT之间的随机整数。如果想生成[0, n)之间的整数，需要取余操作：int x = rand() % n;；如果想生成[left, right]之间的整数，需要进行偏移：int x = rand() % (right - left + 1) + left;

3. 代码实现

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// Created by GodBMW.com on 2018/9/11.
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#ifndef BASESORT_SORTHELPER_H
#define BASESORT_SORTHELPER_H

#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>
#include <cassert>

using namespace std;

namespace SortTestHelper {
    // 生成[left, right]范围内n个随机数
    template <typename T>
    T* generateRandomArray(int n, int left, int right) {
        assert( left <= right );
        T *arr = new T[n];
        srand(time(NULL)); // set random seed
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = rand() % (right - left + 1) + left;
        }
        return arr;
    }

    // 生成[0, n)范围内n个近乎有序的随机数
    template <typename T>
    T* generateNearlyOrderedArray(int n, int swap_times) {
        T *arr = new T[n];
        srand(time(NULL));
        // 先生成长度为n的有序数组
        for(int i = 0; i < n; i++) {
            arr[i] = i + 1;
        }
        // 随机选取其中2个数据，交换 swap_times 次
        for(int i = 0; i < swap_times; i++) {
            int pos_x = rand() % n;
            int pos_y = rand() % n;
            swap(arr[pos_x], arr[pos_y]);
        }
        return arr;
    }

    template <typename T>
    T* copyArray(T arr[], int length) {
      T* brr = new T[length]; // 注意检查brr数组大小
      copy(arr, arr + length, brr);
      return brr;
    }

    template <typename T>
    void printArray(T arr[], int length) {
        for(int i = 0; i < length; i++) {
            cout<< arr[i] << " ";
        }
        cout<< endl;
        return;
    }

    template <typename T>
    bool isSorted(T arr[], int length) {
        for(int i = 0; i < length-1; i++) {
            if(arr[i] > arr[i + 1]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    // 第三个参数是函数指针，传入后，可以在本函数内运行被传入的函数
    template <typename T>
    void testSort(T arr[], int length, void(*sort)(T[], int), string name) {
        clock_t startTime = clock();
        sort(arr, length);
        clock_t endTime = clock();

        assert(isSorted(arr, length));
        cout << name << " : " << double(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC << " seconds" << endl;
        // endTime - startTime: 时钟周期
        return;
    }

}

#endif //BASESORT_SORTHELPER_H

我们没有实现第二部分所说的 生成n个近乎相同的数据，比如：1、1、1、2、2、2、2、2...。因为可以借助 generateRandomArray 函数，比如:SortTestHelper::generateRandomArray(10000, 0, 10)。生成[0,10]区间内 10000 个整数，那么不就是近乎相同的吗？