常见错误

赛事与实践 / common-mistakes

本地源文件：docs/contest__common-mistakes.md

常见错误

本页面主要列举一些竞赛中很多人经常会出现的错误．

因环境不同导致的错误

  • scanf 或 printf 使用 %I64d 格式指示符在 Linux 下可能导致输入输出格式错误．

会引起 CE 的错误

这类错误多为词法、语法和语义错误，引发的原因较为简单，修复难度较低．

例：

  • int main() 写为 int mian() 之类的拼写错误．
  • 写完 struct 或 class 忘记写分号．
  • 数组开太大，（在 OJ 上）使用了不合法的函数（例如多线程），或者函数声明但未定义，会引起链接错误．
  • 函数参数类型不匹配．
  • 示例：如使用 <algorithm> 头文件中的 max 函数时，传入了一个 int 类型参数和一个 long long 类型参数．
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  * 使用 `goto` 和 `switch-case` 的时候跳过了一些局部变量的初始化．

## 不会引起 CE 但会引起 Warning 的错误

犯这类错误时写下的程序虽然能通过编译，但大概率会得到错误的程序运行结果．这类错误会在使用 `-W{warningtype}` 参数编译时被编译器指出．

  * 赋值运算符 `=` 和比较运算符 `==` 不分．

    * 示例：

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  • 如果确实想在原应使用 == 的语句里使用 =（比如 while (foo = bar)），又不想收到 Warning，可以使用 双括号 ：while ((foo = bar))．
  • 由于运算符优先级产生的错误．
  • 示例：
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  * 不正确地使用 `static` 修饰符．

  * 使用 `scanf` 读入的时候没加取地址符 `&`．

  * 使用 `scanf` 或 `printf` 的时候参数类型与格式指定符不符．

  * 同时使用位操作和逻辑运算符 `==` 并且未加括号．

    * 示例：`(x >> j) & 3 == 2`
  * `int` 字面量溢出．

    * 示例：`long long x = 0x7f7f7f7f7f7f7f7f`，`1<<62`．
  * 未初始化局部变量．

未初始化变量会发生什么

原文：<https://loj.ac/d/3679> by @hly1204

例如我们在 C++ 中声明一个 `int a;` 但不初始化，可能有时候会认为 `a` 是一个「随机」（其实可能不是真的随机）的值，但是可能将其认为是一个固定的值，但实际上并非如此．

我们在简单的测试代码中

<https://wandbox.org/permlink/T2uiVe4n9Hg4EyWT>

代码是：

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在一些编译器和环境上开启优化后，其输出为 false．

有兴趣的话可以看 <https://www.ralfj.de/blog/2019/07/14/uninit.html>，尽管其是用 Rust 做的实验，但是本质是一样的．

  • 局部变量与全局变量重名，导致全局变量被意外覆盖．（开 -Wshadow 就可检查此类错误．）
  • 运算符重载后引发的输出错误．
  • 示例：
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## 既不会引起 CE 也不会引发 Warning 的错误

这类错误无法被编译器发现，仅能自行查明．

### 会导致 WA 的错误

  * 上一组数据处理完毕，读入下一组数据前，未清空数组．

  * 读入优化未判断负数．

  * 所用数据类型位宽不足，导致溢出．

    * 如习语「三年 OI 一场空，不开 `long long` 见祖宗」所描述的场景．选手因为没有在正确的地方开 `long long`（将整数定义为 `long long` 类型），导致得出错误的答案而失分．
  * 存图时，节点编号 0 开始，而题目给的边中两个端点的编号从 1 开始，读入的时候忘记 -1．

  * 大/小于号打错或打反．

  * 在执行 `ios::sync_with_stdio(false);` 后混用 `scanf/printf` 和 `std::cin/std::cout` 两种 IO，导致输入/输出错乱．

    * 示例：

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  • 由于宏的展开，且未加括号导致的错误．
  • 示例：该宏返回的值并非 42 =1642=16 而是 2 +2 ×2 +2 =82+2×2+2=8．
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  * 哈希的时候没有使用 `unsigned` 导致的运算错误．

    * 对负数的右移运算会在最高位补 1．参见：[位操作符](../../lang/op/#位操作符)．
  * 没有删除或注释掉调试输出语句．

  * 误加了 `;`．

    * 示例：

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  • 哨兵值设置错误．例如，平衡树的 0 节点．
  • 在类或结构体的构造函数中使用 : 初始化变量时，变量声明顺序不符合初始化时候的依赖关系．
  • 成员变量的初始化顺序与它们在类中声明的顺序有关，而与初始化列表中的顺序无关．参见：构造函数与成员初始化器列表 的「初始化顺序」
  • 示例：
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  * 并查集合并集合时没有把两个元素的祖先合并．

    * 示例：

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  • freopen 使用 a 进行追加写
  • CCF 的检测环境不会清空输出文件，使用 a 会导致上一位选手的输出也被评测机读入引发 WA

换行符不同

Warning

在正式比赛中会尽量保证选手答题的环境和最终测试的环境相同．

本节内容仅适用于模拟赛等情况，而我们也建议出题人尽量让数据符合 数据格式．

不同的操作系统使用不同的符号来标记换行，以下为几种常用系统的换行符：

  • LF（用 \n 表示）：Unix 或 Unix 兼容系统
  • CR+LF（用 \r\n 表示）：Windows
  • CR（用 \r 表示）：Mac OS 版本 9 及以前

而 C/C++ 利用转义序列 \n 来换行，这可能会导致我们认为输入中的换行符也一定是由 \n 来表示，而只读入了一个字符来代表换行符，这就会导致我们没有完全读入输入文件．

以下为解决方案：

  • 多次 getchar()，直到读到想要的字符为止．
  • 使用 cin 读入，这可能会增大代码常数 ．
  • 使用 scanf("%s",str) 读入一个字符串，然后取 str[0] 作为读入的字符．
  • 使用 scanf(" %c",&c) 过滤掉所有空白字符．

会导致未知的结果

未定义行为会导致未知的结果，可能是 WA，RE 等．编译器通常会假定你的程序不会出现未定义行为，因此出现开 O2 与不开 O2 代码行为不一致的情况．

  • 除以 0（求 0 的逆元）

示例

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  * 数组（下标）越界

例如：

    * 未正确设置循环的初值导致访问了下标为 -1 的值．

    * 无向图边表未开 2 倍．

    * 线段树未开 4 倍空间．

    * 看错数据范围，少打一个零．

    * 错误预估了算法的空间复杂度．

    * 写线段树的时候，`pushup` 或 `pushdown` 叶节点．

正确的做法：不要越界，记得检查自己的代码，使得下标访问数 `x` 在定义的下标中．

  * 除 main 外有返回值函数执行至结尾未执行任何 return 语句

即使有一个分支有返回值，但是其他分支却没有，结果也是未定义的．

可以向编译选项中追加 `-Wall`，检查编译器是否给出有关于函数未 return 的警告．

  * 尝试修改字符串字面量

示例

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这样试图修改字符串字面量会导致 未定义行为 ，应当使用其他 合适 的数据类型，例如 std::string 和 char[]．

  • 多次释放/非法解引用一片内存

例如：

  • 未初始化就解引用指针．
  • 指针指向的内存区域已经释放．

使用 erase 或 delete 或 free 操作应注意不要对同一地址/对象多次使用．

  • 尝试释放由 new [] 分配的整块内存的一部分

例如：

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常见于使用内存池提前分配整块内存后，试图使用 `delete` 或 `free()` 释放从内存池中获取的单个对象．

  * 解引用空指针/野指针

对于空指针：先应该判断空指针，可以用 `p == nullptr` 或 `!p`．

对于野指针：可以释放指针的时候将其置为 `nullptr` 以规避．

  * 有符号数溢出

例如我们有一个表达式 `x+1 > x`．

正常输出应当是 `true`，但是在 `INT_MAX` 作为 `x` 时输出 `false`，这时称为 `signed integer overflow`．

可以使用更大的数据类型（例如 `long long` 或 `__int128`），或判断溢出．若保证无负数，亦可使用无符号整型．

有符号整数溢出可能影响编译优化，例如代码：

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可能被编译器直接优化为：

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因为编译器可以假定有符号整数永远不会溢出，因此 `x > x + 1` 永远不会成立．

  * 使用未初始化的变量

示例

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会导致 RE

  • 没删文件操作（某些 OJ）．
  • 排序时比较函数的错误 std::sort 要求比较函数是严格弱序：a<a 为 false；若 a<b 为 true，则 b<a 为 false；若 a<b 为 true 且 b<c 为 true，则 a<c 为 true．其中要特别注意第二点． 如果不满足上述要求，排序时很可能会 RE． 例如，编写莫队的奇偶性排序时，这样写是错误的：
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上述代码中 `(block[a.l]&1)^(a.r<b.r)` 不满足上述要求的第二点． 改成这样就正确了：

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  • Windows 下栈空间不足，导致栈空间溢出，Windows 向程序发出 SIGSEGV 信号，程序终止并返回 3221225725（即 0xC00000FD, NTSTATUS 定义为 STATUS_STACK_OVERFLOW）．

    • 若使用 gcc 编译器，可在编译时加入命令 -Wl,--stack=SIZE 以指定栈空间大小限制，其中 SIZE 为栈空间大小字节数．

Linux 下栈空间不足，导致栈空间溢出，Linux 会在栈堆中乱写 head_info，此操作绝大多数情况下会导致程序立即退出，显示 段错误（核心已转储）/segmentation fault (core dumped) 等字样． 可以在终端下使用 ulimit -s SIZE 修改当前终端的栈空间限制，其中 SIZE 为栈空间大小千字节数（KB）． 请注意，如果你将栈空间限制设置过大，无穷递归可能导致递归栈过大进而导致系统崩溃．

会导致 TLE

  • 分治未判边界导致死递归．
  • 死循环．
  • 循环变量重名．
  • 循环方向反了．
  • BFS 时不标记某个状态是否已访问过．
  • 使用宏展开编写 min/max

这种错误会大大增加程序的运行时间，甚至直接影响代码的时间复杂度．在初学者写线段树时尤为多见．

常见的错误写法是这样的：

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这样写虽然在正确性上没有问题，但是如果直接对函数的返回值取 max，如 `a = Max(func1(), func2())`，而这个函数的运行时间较长，则会大大影响程序的性能，因为宏展开后是 `a = func1() > func2() ? func1() : func2()` 的形式，调用了三次函数，比正常的 max 函数多调用了一次．注意，如果 `func1()` 每次返回的答案不一样，还会导致这种 `max` 的写法出现错误．例如 `func1()` 为 `return ++a;` 而 `a` 为全局变量的情况．

示例：如下代码会被卡到单次查询 Θ(𝑛)Θ(n)![](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7) 导致 TLE．

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  • 使用 + 运算符向 std::string 类字符串追加字符

这种错误会创建一个临时 string 变量，修改完成后再赋值给原变量．这种错误无法被编译器优化，在数据量大的情况下可能会导致时间复杂度退化．

常见 错误写法：

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当执行这段代码时，程序首先会创建一个临时 `string` 变量，随后将 `a` 的值存入临时变量，然后在末尾添加 `b` 的值，最后再存入 `a`．

从 [汇编结果](https://godbolt.org/z/Eo9vn7or5) 可以看出，`a = a + b` 调用了三次 `std::__cxx11::basic_string` 中的功能，分别为 `operator+`、`operator=` 和创建变量．

正确写法应该是：

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这种写法 会直接将字符 b 附加到字符串 a 中，仅调用了一次 operator+=．更详细的性能比较可参考 Benchmark．

  • 没删文件操作（某些 OJ）．
  • 在 for/while 循环中重复执行复杂度非 𝑂(1)O(1) 的函数．严格来说，这可能会引起时间复杂度的改变．
  • 进行二分搜索时中点公式或终止条件错误．

会导致 MLE

  • 数组过大．

Linux 下的内存占用指标详解

太长不看版：如果在 CCF 系列的考试时声明了一个特别大的全局静态数组，此时需要特别慎重．因为程序声明的数组会全部计入内存占用中（而不像大部分在线评测平台仅计算实际使用的部分），在某些情况下这甚至有可能导致整道题全部 MLE．
  • 关于 RSS 和 VSZ12
  1. VSZ (Virtual Memory Size，虚拟内存大小）3

VSZ 表示进程的 虚拟内存大小 ，是进程可以访问的虚拟地址空间的总大小，通常以 KB 显示．

虚拟内存是一个逻辑概念，通常会比实际内存使用大很多．

在 Linux 下你可以使用 top 命令来查看某个进程的内存占用组成，其中 VIRT 这一列就代表它占用的虚拟内存．

虚拟内存一般包括进程分配但未实际使用的地址空间，简而言之，申请了多少，虚拟内存就大约是多少．

需要特别注意的是，常用的在线评测平台通常只统计物理内存占用．但 CCF 的评测环境统计的是虚拟内存 ，这意味着如果你声明了一个全局静态大数组，即使只使用了其中的一小部分，也会占用大量空间．

  1. RSS（Resident Set Size，常驻集大小）4

RSS 表示进程实际占用的 物理内存大小 ，即驻留在 RAM 中的页帧大小，通常以 KB 显示．

同样的，你也可以用 top 在 RES 这一列查看某个进程的物理内存．

RSS 一般仅包含实际加载到物理内存的部分，也就是说，实际使用了多少就是多少．

  • 内存占用行为分析

假设声明了以下数组：

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这是一个静态数组，分配在全局数据段．这个数组未经显式初始化，通常会被分配在 BSS 段（如果显式初始化（如全为 0 或其他值），则分配在 DATA 段）．

      * 当完全未使用该数组时（假定编译器不会优化掉该数组）

        * 物理内存：如果数组未被访问，按需分页机制（Demand Paging）会使内存页尚未加载到物理内存中．物理内存不会增加或仅略微增加一点（可能加载了一些元数据页）．
        * 虚拟内存：数组的大小会计入虚拟内存（增加 `400MB`），因为整个数组的虚拟地址空间已经被分配．
      * 部分使用该数组时

假设仅使用数组的少部分元素，例如：

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  • 虚拟内存：虚拟内存不会改变，仍为 400MB．
  • 物理内存：每次访问数组的一个元素，对应的虚拟页会被加载到物理内存中．假定系统分页大小为 4KB，那么每页包含 4KB ÷4B =10244KB÷4B=1024 个 int 元素．访问数组两次可能加载 2 个页，即增加约 2 ×4KB =8KB2×4KB=8KB 的物理内存．
  • 数组被大半使用

假设对数组的前 50,000,00050,000,000 个元素赋值：

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        * 虚拟内存 (VSZ)：VSZ 仍为 `400MB`，不会发生变化．
        * 物理内存 (RSS)：此时是连续访问（访问的 50,000,00050,000,000![](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7) 个元素在内存地址上相邻），需要加载的分页数为 ⌈50,000,0001024⌉ =48,828⌈50,000,0001024⌉=48,828![](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7) 页．

假设每页大小为 `4KB`，因此总计 48,828 ×4KB ≈190MB48,828×4KB≈190MB![](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7)，物理内存增加到约 `190MB`．

注：如果对该数组赋值时下标随机，则会导致物理内存占用与预测差距较大（因为内存页加载是以地址为准，导致随机赋值时会加载大量内存页）．

简要总结：随着被访问的部分占的比例增加，物理内存趋近于虚拟内存（假定不存在页面回收）．

    * STL 容器中插入了过多的元素．

    * 经常是在一个会向 STL 插入元素的循环中死循环了．

    * 也有可能被卡了．

### 会导致常数过大

  * 定义模数的时候，未定义为常量．

    * 示例：

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  • 使用了不必要的递归（尾递归不在此列）．
  • 将递归转化成迭代的时候，引入了大量额外运算．

只在程序在本地运行的时候造成影响的错误

  • 文件操作有可能会发生的错误：
  • 对拍时未关闭文件指针 fclose(fp) 就又令 fp = fopen()．这会使得进程出现大量的文件野指针．
  • freopen() 中的文件名未加 .in/.out．
  • 使用堆空间后忘记 delete 或 free．

参考资料与注释

  1. What is RSS and VSZ in Linux memory management - Stack Overflow ↩
  1. Need explanation on Resident Set Size/Virtual Size - Stack Overflow ↩
  1. 虚拟内存 ↩
  1. 常驻集大小 ↩
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