这三种创建向量的方式有何不同？ [复制]

Question

在处理提交时，我发现了我不理解的行为。我有三种从输入中填充矩阵的方法。其中一个有效，其中一个编译并运行但产生了稍微错误的结果，其中一个崩溃并出现free(): invalid pointer。

为简单起见，我将有关错误结果的部分从这个问题中删除，并将代码简化为仅读取输入。让我们暂时忽略输出，只考虑两个测试用例的错误消息：

root@41d06f89ab19:/code# gp so1.cpp && ./so1.exe <evenmat/test1.in > so1.txt
root@41d06f89ab19:/code# gp so2.cpp && ./so2.exe <evenmat/test1.in > so2.txt
Segmentation fault (core dumped)
root@41d06f89ab19:/code# gp so3.cpp && ./so3.exe <evenmat/test1.in > so3.txt


root@41d06f89ab19:/code# gp so1.cpp && ./so1.exe <evenmat/test2.in > so1_2.txt
free(): invalid pointer
Aborted (core dumped)
root@41d06f89ab19:/code# gp so2.cpp && ./so2.exe <evenmat/test2.in > so2_2.txt
Segmentation fault (core dumped)
root@41d06f89ab19:/code# gp so3.cpp && ./so3.exe <evenmat/test2.in > so3_2.txt

显然，三个代码 sn-ps 的行为是不等价的。 考虑下面的三个文件。它们的语义有何不同？为什么它们不都是等价的？

// File so1.cpp - 
#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <iomanip>
#include <cassert>
#include <algorithm>
#include <functional>
typedef std::vector<std::vector<int>> VVI;
typedef unsigned int uint;
int main () {
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);

    int t; std::cin >> t;

    for (int testcase = 0; testcase < t; testcase ++){
        // num matrix rows
        unsigned int n; std::cin >> n;

        // populate matrix
        VVI matrix; matrix.reserve(n);
        //VVI matrix(n, std::vector<int>(n));
        for(unsigned int row=0; row<n; row++){
            for(unsigned int col=0; col<n; col++){
                if(col==0){
                    // initialize row vector
                    //std::vector<int> myvec (n);
                    //matrix[row] = myvec;
                    matrix[row] = std::vector<int>(n);      // free(): invalid pointer happens here
                }
                int el; std::cin >> el;
                matrix[row][col]=el;
            }
        }

        for (unsigned int i = 0; i < n; i++){
            for (unsigned int j = 0; j < n; j++){
                std::cout << matrix[i][j] << ' ';
            }
            std::cout << '\n';
        }
        std::cout << "\ntestcase " << testcase << ':' << std::endl;
    }
}

// file so2.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <iomanip>
#include <cassert>
#include <algorithm>
#include <functional>
typedef std::vector<std::vector<int>> VVI;
typedef unsigned int uint;
int main () {
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);

    int t; std::cin >> t;

    for (int testcase = 0; testcase < t; testcase ++){
        // num matrix rows
        unsigned int n; std::cin >> n;

        // populate matrix
        VVI matrix; matrix.reserve(n);
        //VVI matrix(n, std::vector<int>(n));
        for(unsigned int row=0; row<n; row++){
            for(unsigned int col=0; col<n; col++){
                if(col==0){
                    // initialize row vector
                    std::vector<int> myvec (n);
                    matrix[row] = myvec;        // segfault on this line
                    //matrix[row] = std::vector<int>(n);
                }
                int el; std::cin >> el;
                matrix[row][col]=el;
            }
        }
    }
}

// file so3.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <iterator>
#include <iomanip>
#include <cassert>
#include <algorithm>
#include <functional>
typedef std::vector<std::vector<int>> VVI;
typedef unsigned int uint;
int main () {
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);

    int t; std::cin >> t;

    for (int testcase = 0; testcase < t; testcase ++){
        // num matrix rows
        unsigned int n; std::cin >> n;

        // populate matrix
        //VVI matrix; matrix.reserve(n);
        VVI matrix(n, std::vector<int>(n));
        for(unsigned int row=0; row<n; row++){
            for(unsigned int col=0; col<n; col++){
                /*if(col==0){
                    // initialize row vector
                    //std::vector<int> myvec (n);
                    //matrix[row] = myvec;
                    matrix[row] = std::vector<int>(n);
                }*/
                int el; std::cin >> el;
                matrix[row][col]=el;
            }
        }


        for (unsigned int i = 0; i < n; i++){
            for (unsigned int j = 0; j < n; j++){
                std::cout << matrix[i][j] << ' ';
            }
            std::cout << '\n';
        }
        std::cout << "\ntestcase " << testcase << ':' << std::endl;
    }
}

我希望这对于 C++ 专家来说是一个简单的问题。因为如果不是，我真的不确定我能把测试用例最小化到什么程度。

free(): invalid pointer 和段错误发生的行在代码 sn-ps 中指示。或许值得注意的是，Visual Studio 代码中的堆栈显示，对于 so1.cpp，带有第二个测试输入文件的 free(): invalid pointer 发生在 stl_vector.h 的以下部分中：

#if __cplusplus >= 201103L
      /**
       *  @brief  %Vector move assignment operator.
       *  @param  __x  A %vector of identical element and allocator types.
       *
       *  The contents of @a __x are moved into this %vector (without copying,
       *  if the allocators permit it).
       *  Afterwards @a __x is a valid, but unspecified %vector.
       *
       *  Whether the allocator is moved depends on the allocator traits.
       */
      vector&
      operator=(vector&& __x) noexcept(_Alloc_traits::_S_nothrow_move())
      {
    constexpr bool __move_storage =
      _Alloc_traits::_S_propagate_on_move_assign()
      || _Alloc_traits::_S_always_equal();
    _M_move_assign(std::move(__x), __bool_constant<__move_storage>());
    return *this;
      }

为了重现性：

• test1.in
• test2.in

Answer 1

问题不在于您如何创建row，问题在于使用matrix[row] 您可以访问一个不存在的元素。

这里

    // populate matrix
    VVI matrix; matrix.reserve(n);

您没有填充矩阵。 reserve 只是为元素分配空间。它不会添加元素或更改向量大小。 matrix 的元素为零，并且在您的第一个代码中不会改变。在未定义的行为中越界访问向量。

如果你想拥有matrix 和n 行，你需要用n 元素初始化它：

VVI matrix{n};

或

VVI matrix;
matrix.resize(n);

或者...在您的第二个代码中，您使用大小为std::vector<int>s 的n 元素正确初始化matrix n：

VVI matrix(n, std::vector<int>(n));