用VSCode终端实现重定向比较程序输出和正确输出

在刷 OJ 题目或者进行编程考试或比赛时，经常需要对编写好的程序进行测试，即运行编写好的程序，输入样例输入或者自己编写的输入数据，查看程序输出结果和样例输出或者正确输出是否一致。这种方法有很多弊端，当有多组输入数据或程序运行结果多次错误时，需要多次复制粘贴输入数据，这个过程非常繁琐而且浪费时间；用肉眼检查程序输出和正确输出是否一致很容易出错，尤其是当输出数据非常多时。所以，我在这篇博客里介绍一下通过输入输出重定向和 windows 批处理文件比较程序输出和正确输出的方法。由于 VSCode 能够编写任意格式的文件且自带终端，本博客基于 VSCode 编写代码。如果你没有安装 VSCode，可以参考挑把趁手的兵器——VSCode 配置 C/C++学习环境（小白向）安装 VSCode 并配置 C/C++环境。当然使用你常用的编辑器/IDE，并利用 powershell 或 DOS 窗口运行程序 windows 脚本也是可以的。

概念介绍

1. 输入输出重定向：最常见的输入输出是标准输入输出，即读键盘输入、写屏幕。但当我们希望在文件中准备好输入数据，将输出或错误信息输入到另一个文件中时，就需要使用重定向。本博客介绍的方法就是将输入数据保存在一个 input.txt 文件中，运行程序时，让程序从 input.txt 文件读取数据，将程序输出数据保存在另一个 output.txt 文件中，从而就避免了多次复制粘贴输入数据的繁琐步骤。
2. windows 批处理文件：批处理，顾名思义就是进行批量的处理。批处理文件是扩展名为.bat 或.cmd 的文本文件，包含一条或多条命令，由 DOS 或 Windows 系统内嵌的命令解释器来解释运行。本博客提出的方法使用的是 windows 批处理文件中的比较文件差异的 fc 命令。

比较程序输出和样例输出

算法题目通常都会给出多组样例输入和样例输出。用肉眼检查程序输出和样例输出是否一致很容易出错，我们可以利用 windows 脚本运行我们编写的程序并比较程序输出和样例输出是否一致。

我们可以以一个读取两个 int 数据，输出这两个数据之和的简单程序作为例子，这个程序的 C++程序代码如下：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a + b << "\n";
    return 0;
}

不妨将程序其命名为 test.cpp，我们不妨在 VSCode 中新建这样的 cpp 文件，如下图所示：

新建三个 txt 文件 input.txt、output.txt、correct.txt，它们的作用分别为：

1. input.txt：用于存放输入数据
2. correct.txt：用于存放正确的输出数据
3. output.txt：用于存放程序输出数据，这个文件不需要新建和删除，运行 windows 批处理文件后会自动生成

我们不妨在 input.txt 文件中写入1 2作为输入数据，在 correct.txt 写入3作为正确的输出数据，如下所示：

新建一个 windows 脚本，不妨命名为run.bat，里面写入代码：

g++ test.cpp -std=c++17 -o test %编译test.cpp，生成test.exe%
test < input.txt >output.txt %执行test.exe文件，从input.txt文件读取输入，将程序结果输出到output.txt文件%
fc output.txt correct.txt %比较output.txt文件和correct.txt文件是否相同%

如果你安装了Code Runner插件，可以直接右键->run code执行。如果没有安装，那么启动终端，并输入命令.\run.bat，回车即可。

如果有多组输入，多组输出，怎么办呢？我们可以修改一下程序 test.cpp：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    int t = 1;  //数据组数
    cin >> t;
    while (t--) {
        cin >> a >> b;
        cout << a + b << "\n";
    }
    return 0;
}

增加一组输入-1 -2，增加一组输出-3，我们可以这样填写 input.txt 文件和 correct.txt 文件：

然后运行run.bat脚本即可比较多组数据的输出。

如果题目每个测试点只有一组数据，在提交时只需要注释掉第 6 行代码cin >> t;即可。

程序对拍

有时程序能够通过样例，但是提交之后评测系统总会报错，也就是说程序中有 bug，这时就需要通过程序对拍来找到一组使程序错误的数据。要完成程序对拍，我们需要 3 个 cpp 文件。

1. 我们自己编写的有错误的程序，不妨命名为test.cpp。
2. 能够正确解题的程序，不妨命名为correct.cpp。如果是平时练习，我们通常可以在网上搜索到这个题目正确的解题代码；如果是比赛期间，我们只能编写一个暴力但正确的程序。
3. 能够产生题目要求的输入数据的程序，不妨命名为data.cpp。

我们还是以一个读取两个 int 数据，输出这两个数据之和的简单程序作为例子。假设它的输入数据是不超过\([-10^6,10^6]\)之间的两个整数，data.cpp可以这样写：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    uniform_int_distribution<int> u(-1e6, 1e6);  //设置随机数的范围和分布
    default_random_engine e(time(0));  //设置随机数引擎
    cout << u(e) << " " << u(e) << "\n";  //输出随机数
    return 0;
}

correct.cpp可以这样写：

#include <stdio.h>
int main() {
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    printf("%d", a + b);
}

假设test.cpp为：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a + b << "\n";
    return 0;
}

编写一个compare.bat脚本：

g++ data.cpp -std=c++17 -o data
g++ test.cpp -std=c++17 -o test
g++ correct.cpp -std=c++17 -o correct
@echo off
:loop
    data > input.txt
    test < input.txt > output.txt
    correct < input.txt > correct.txt
    fc output.txt correct.txt
if not errorlevel 1 goto loop
pause
goto loop

compare.bat脚本将data.cpp的输出写入到input.txt文件，将correct.cpp的输出写入到correct.txt文件，将test.cpp的输出写入到output.txt文件。这个脚本是一个死循环，它不会不断产生新的随机输入，并比较test.cpp和correct.cpp的输出，直到两个输出不一致才会停下来。显然test.cpp是正确的程序，因此脚本将无限执行下去：

如果我们将test.cpp修改成这样：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int a, b;
    cin >> a >> b;
    cout << a << "\n";
    return 0;
}

显然，这是一个错误的程序，执行compare.bat脚本会得到这样的结果：

它会在一组让test.cpp产生错误的数据处停止。这样一个错误数据可以方便我们后续的 debug。

注意，由于产生输入数据的程序只是一个简单的随机数程序，并不能保证一定能得到使程序产生错误的数据，所以数据对拍只能作为帮助我们 debug 的一种方法，但并不是总能奏效。