用VSCode終端實現重定向比較程序輸出和正確輸出

在刷 OJ 題目或者進行編程考試或比賽時，經常需要對編寫好的程序進行測試，即運行編寫好的程序，輸入樣例輸入或者自己編寫的輸入數據，查看程序輸出結果和樣例輸出或者正確輸出是否一致。這種方法有很多弊端，當有多組輸入數據或程序運行結果多次錯誤時，需要多次復制粘貼輸入數據，這個過程非常繁瑣而且浪費時間；用肉眼檢查程序輸出和正確輸出是否一致很容易出錯，尤其是當輸出數據非常多時。所以，我在這篇博客里介紹一下通過輸入輸出重定向和 windows 批處理文件比較程序輸出和正確輸出的方法。由於 VSCode 能夠編寫任意格式的文件且自帶終端，本博客基於 VSCode 編寫代碼。如果你沒有安裝 VSCode，可以參考挑把趁手的兵器——VSCode 配置 C/C++學習環境（小白向）安裝 VSCode 並配置 C/C++環境。當然使用你常用的編輯器/IDE，並利用 powershell 或 DOS 窗口運行程序 windows 腳本也是可以的。

概念介紹

1. 輸入輸出重定向：最常見的輸入輸出是標准輸入輸出，即讀鍵盤輸入、寫屏幕。但當我們希望在文件中准備好輸入數據，將輸出或錯誤信息輸入到另一個文件中時，就需要使用重定向。本博客介紹的方法就是將輸入數據保存在一個 input.txt 文件中，運行程序時，讓程序從 input.txt 文件讀取數據，將程序輸出數據保存在另一個 output.txt 文件中，從而就避免了多次復制粘貼輸入數據的繁瑣步驟。
2. windows 批處理文件：批處理，顧名思義就是進行批量的處理。批處理文件是擴展名為.bat 或.cmd 的文本文件，包含一條或多條命令，由 DOS 或 Windows 系統內嵌的命令解釋器來解釋運行。本博客提出的方法使用的是 windows 批處理文件中的比較文件差異的 fc 命令。

比較程序輸出和樣例輸出

算法題目通常都會給出多組樣例輸入和樣例輸出。用肉眼檢查程序輸出和樣例輸出是否一致很容易出錯，我們可以利用 windows 腳本運行我們編寫的程序並比較程序輸出和樣例輸出是否一致。

我們可以以一個讀取兩個 int 數據，輸出這兩個數據之和的簡單程序作為例子，這個程序的 C++程序代碼如下：

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

不妨將程序其命名為 test.cpp，我們不妨在 VSCode 中新建這樣的 cpp 文件，如下圖所示：

新建三個 txt 文件 input.txt、output.txt、correct.txt，它們的作用分別為：

1. input.txt：用於存放輸入數據
2. correct.txt：用於存放正確的輸出數據
3. output.txt：用於存放程序輸出數據，這個文件不需要新建和刪除，運行 windows 批處理文件后會自動生成

我們不妨在 input.txt 文件中寫入1 2作為輸入數據，在 correct.txt 寫入3作為正確的輸出數據，如下所示：

新建一個 windows 腳本，不妨命名為run.bat，里面寫入代碼：

g++ test.cpp -std=c++17 -o test %編譯test.cpp，生成test.exe%
test < input.txt >output.txt %執行test.exe文件，從input.txt文件讀取輸入，將程序結果輸出到output.txt文件%
fc output.txt correct.txt %比較output.txt文件和correct.txt文件是否相同%

如果你安裝了Code Runner插件，可以直接右鍵->run code執行。如果沒有安裝，那么啟動終端，並輸入命令.\run.bat，回車即可。

如果有多組輸入，多組輸出，怎么辦呢？我們可以修改一下程序 test.cpp：

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

增加一組輸入-1 -2，增加一組輸出-3，我們可以這樣填寫 input.txt 文件和 correct.txt 文件：

然后運行run.bat腳本即可比較多組數據的輸出。

如果題目每個測試點只有一組數據，在提交時只需要注釋掉第 6 行代碼cin >> t;即可。

程序對拍

有時程序能夠通過樣例，但是提交之后評測系統總會報錯，也就是說程序中有 bug，這時就需要通過程序對拍來找到一組使程序錯誤的數據。要完成程序對拍，我們需要 3 個 cpp 文件。

1. 我們自己編寫的有錯誤的程序，不妨命名為test.cpp。
2. 能夠正確解題的程序，不妨命名為correct.cpp。如果是平時練習，我們通常可以在網上搜索到這個題目正確的解題代碼；如果是比賽期間，我們只能編寫一個暴力但正確的程序。
3. 能夠產生題目要求的輸入數據的程序，不妨命名為data.cpp。

我們還是以一個讀取兩個 int 數據，輸出這兩個數據之和的簡單程序作為例子。假設它的輸入數據是不超過\([-10^6,10^6]\)之間的兩個整數，data.cpp可以這樣寫：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    uniform_int_distribution<int> u(-1e6, 1e6);  //設置隨機數的范圍和分布
    default_random_engine e(time(0));  //設置隨機數引擎
    cout << u(e) << " " << u(e) << "\n";  //輸出隨機數
    return 0;
}

correct.cpp可以這樣寫：

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

假設test.cpp為：

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

編寫一個compare.bat腳本：

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腳本將data.cpp的輸出寫入到input.txt文件，將correct.cpp的輸出寫入到correct.txt文件，將test.cpp的輸出寫入到output.txt文件。這個腳本是一個死循環，它不會不斷產生新的隨機輸入，並比較test.cpp和correct.cpp的輸出，直到兩個輸出不一致才會停下來。顯然test.cpp是正確的程序，因此腳本將無限執行下去：

如果我們將test.cpp修改成這樣：

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

顯然，這是一個錯誤的程序，執行compare.bat腳本會得到這樣的結果：

它會在一組讓test.cpp產生錯誤的數據處停止。這樣一個錯誤數據可以方便我們后續的 debug。

注意，由於產生輸入數據的程序只是一個簡單的隨機數程序，並不能保證一定能得到使程序產生錯誤的數據，所以數據對拍只能作為幫助我們 debug 的一種方法，但並不是總能奏效。