测试STL

随机数发生器

核心函数是cstdlib中的rand(),它生成一个闭区间[0,RAND_MAX]内的均匀随机整数(伪随机数)。
产生[0,n]间的整数:执行rand()后先除以RAND_MAX,得到[0,1]之间的随机实数,扩大n倍后四舍五入,对于普通的运用已可以满足要求。
一开始会执行一次srand(time(NULL)),目的是初始化“随机数种子”。不调用srand将在程序每次执行时得到同一套随机数。不需要在一个程序里多次调用。

随机程序实例:
void fill_random_int (vector<int>& v,int cnt)
{
	v.clear();
	for(int i=0;i<cnt;i++)
	{
		v.push_back(rand());
	}
}
//注意srand函数是在主程序开始时调用,而非每次测试时。
//参数是vector<int>的引用,以避免不必要的值被复制。
//把vector作为参数或返回值时,应尽量改用引用方式传递参数。
//两个函数参数相同只是返回值不同,不可重载。
正式测试:
void test_sort(vector<int>& v)
{
	sort(v.begin(),v.end());
	for(int i=0;i<v.size()-1;i++)
	{
		assert(v[i]<=v[i+1]);
	}
}
assert宏(测试时使用):

用法:“assert(表达式)”。
作用:表达式为真时无变化,为假时强行终止程序,并给出错误提示。

主程序:
int main()
{
	vector<int> v;
	fill_random_int(v,1000000);
	test_sort(v);
	return 0;

注:在一些对时间要求非常高的题目中,STL有时会成为性能瓶颈,需要注意

测试 STL(标准模板库)的相关功能时,通常需要围绕其核心组件进行,包括容器、迭代器、算法、仿函数、适配器和分配器。为了确保 STL 的正确性和性能,可以通过以下方法进行测试,并关注一些常见问题。 ### 单元测试与功能验证 在单元测试中,可以针对特定的 STL 容器或算法编写测试用例,以验证其行为是否符合预期。例如,使用 `std::vector` 时,可以测试其插入、删除、访问等操作的正确性: ```cpp #include <vector> #include <cassert> void test_vector() { std::vector<int> vec = {1, 2, 3}; assert(vec.size() == 3); vec.push_back(4); assert(vec.back() == 4); vec.pop_back(); assert(vec.size() == 3); } ``` 对于 `std::list`,可以测试其链表结构特性,如双向遍历和中间插入/删除操作[^5]。 ### 性能测试与效率评估 STL 算法函数的使用可以显著提高容器操作的效率,但不同算法适用于不同的场景。例如,`std::find` 和 `std::search` 可用于查找元素或子序列,而 `std::sort` 和 `std::stable_sort` 则提供了排序功能。为了评估这些算法的性能,可以在大规模数据集上运行基准测试,并记录执行时间或内存消耗。 ```cpp #include <algorithm> #include <vector> #include <chrono> void benchmark_sort() { std::vector<int> data(1000000); // 初始化随机数据 std::generate(data.begin(), data.end(), rand); auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now(); std::sort(data.begin(), data.end()); auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now(); std::chrono::duration<double> duration = end - start; std::cout << "Sort took " << duration.count() << " seconds." << std::endl; } ``` ### 异常安全与错误处理 STL 容器在某些情况下可能会抛出异常,尤其是在内存分配失败或越界访问时。因此,在编写代码时应考虑异常安全性,确保资源不会泄露且对象状态保持一致。可以使用 try-catch 块来捕获并处理可能的异常。 ```cpp #include <vector> #include <stdexcept> void handle_out_of_range() { std::vector<int> vec = {1, 2, 3}; try { int value = vec.at(10); // 越界访问 } catch (const std::out_of_range& e) { std::cerr << "Out of range error: " << e.what() << std::endl; } } ``` ### 内存管理与泄漏检测 由于 STL 容器内部自动管理内存,开发者有时会忽略潜在的内存泄漏问题。可以通过工具如 Valgrind 或 AddressSanitizer 来检测程序中的内存泄漏。此外,还可以手动跟踪容器的容量变化,观察是否有不必要的内存增长。 ```cpp #include <vector> void check_memory_usage() { std::vector<int> vec; for (int i = 0; i < 1000000; ++i) { vec.push_back(i); } std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << ", Size: " << vec.size() << std::endl; } ``` ### 常见问题总结 - **迭代器失效**:当容器发生结构性修改(如插入或删除元素)时,指向该容器的迭代器可能会失效。具体来说,`std::vector` 和 `std::string` 在扩容后会导致所有迭代器失效,而 `std::list` 和 `std::forward_list` 只会使指向被删除元素的迭代器失效。 - **线程安全问题**:大多数 STL 实现不是线程安全的。如果多个线程同时对同一个容器进行读写操作,可能导致未定义行为。建议使用互斥锁或其他同步机制来保护共享资源。 - **比较函数不一致**:在使用关联容器(如 `std::map` 或 `std::set`)时,自定义的比较函数必须严格遵循弱序关系,否则可能导致不可预测的结果。 - **不当使用智能指针**:虽然 STL 支持智能指针作为容器元素,但在管理生命周期时仍需谨慎。特别是 `std::auto_ptr` 已被弃用,推荐使用 `std::unique_ptr` 或 `std::shared_ptr`。 通过上述方法和技术,可以有效地测试 STL 的各项功能,并识别和解决常见的实现问题。
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