C++ 对拍详解和解读

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≤rand()%(a+1)≤a0≤��()%(�+1)≤� 。

于是 0+k≤rand()%(a+1)+k≤a+k0+�≤��()%(�+1)+�≤�+� 。

举几个简单的例子：

当 a = rand() % 2 时，a 的范围：0≤a≤10≤�≤1 。
当 a = rand() % 2 + 1 时，a 的范围：1≤a≤21≤�≤2 。
要想让 1≤a≤300001≤�≤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≤a≤1,000,0001≤�≤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#

标准输入输出指的是：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！

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