C++实现冒泡排序无法正确排序随机数组问题排查

问题现象 #

对20个1-100的不重复随机数做排序时输出异常，所有调试日志均显示为sorted round: 0，最终数组未完成排序，还出现异常拼接值69 0，错误输出片段如下：

sorted round: 0: 87
sorted round: 0: 78
sorted round: 0: 16
sorted round: 0: 94
sorted round: 0: 36
sorted round: 0: 93
sorted round: 0: 50
sorted round: 0: 22
sorted round: 0: 63
sorted round: 0: 28
sorted round: 0: 91
sorted round: 0: 60
sorted round: 0: 64
sorted round: 0: 27
sorted round: 0: 41
sorted round: 0: 73
sorted round: 0: 37
sorted round: 0: 12
sorted round: 0: 69
84
78
16
87
36
93
50
22
63
28
91
60
64
27
41
73
37
12
69 0

原实现代码如下：

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <algorithm> // for std::find
#include <iterator> // for std::begin, std::end
using namespace std;

int main()
{
    int random_array[20];
    int i;
    int j;
    random_array[0]=rand()%(100-1+1)+1;

    for (i=1; i<20;)
    {
        j= rand()%(100-1+1)+1;
        bool exists;
        exists = find(begin(random_array), end(random_array), j) != end(random_array);
        if(!exists)
        {
            random_array[i]=j;
            i=i+1;
        }
        else
        {
            ;
        }
    }
    int size=20;
    i=0;
    j=0;
    int k =0;
    
    for (i; i < size; i++) {
        for (j; j < size - i; j++) 
        {
            for(k; k<20; k++)
            {
                cout<<"sorted round: "<<j<<": "<<random_array[k]<<endl;
            }
            if (random_array[j] > random_array[j + 1]) {
                swap(random_array[j], random_array[j + 1]);
                
            }
            else
            {
                ;
            }
            
           
        }
    }
    for (i=0; i<20;i++)
    {
        cout<<random_array[i]<<endl;
    }
    
    return 0;
}

根因定位 #

你怀疑的循环初始化位置确实是核心问题，具体错误点共4处：

• 循环变量未重置：i/j/k三个循环变量均在循环外提前初始化，for循环的初始化语句为空。第一次内层循环执行完成后，j和k的值已经达到循环终止条件（j=20、k=20），后续外层i递增进入下一轮排序时，j和k不会从0重新开始遍历，直接跳过内层所有逻辑，这就是所有调试日志都停留在round 0的直接原因。
• 冒泡排序边界越界：相邻比较时j+1最大只能取到数组最后一个有效下标19，因此内层j的遍历上界应为size - i - 1，原写法size -i会导致j=19时访问random_array[20]，属于数组越界的未定义行为，是异常值69 0的来源之一。
• 随机数查重逻辑错误：填充数组时，下标i之后的内存还未写入有效值，属于未初始化的垃圾值，原写法用find遍历整个数组（长度20）查重，会把未初始化的垃圾值也纳入比对范围，查重结果完全不可靠。
• 调试打印位置错误：打印全数组的k循环放在j的相邻比较循环内部，每做一次比较就打印全数组，加上k未重置的问题，第一次j=0遍历完k之后，后续所有j迭代都不会触发打印逻辑，日志完全不具备调试参考价值。

修复后代码 #

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
using namespace std;

int main()
{
    // 增加随机数种子，避免每次运行生成完全一致的随机序列
    srand((unsigned int)time(nullptr));
    int random_array[20];
    random_array[0] = rand() % 100 + 1;

    // 填充不重复随机数
    for (int i = 1; i < 20;)
    {
        int val = rand() % 100 + 1;
        // 仅比对已经填充完成的0~i-1范围，不遍历未初始化的内存段
        bool exists = find(random_array, random_array + i, val) != random_array + i;
        if (!exists)
        {
            random_array[i] = val;
            i++;
        }
    }
    int size = 20;
    // 冒泡排序：循环变量全部在for循环内初始化，避免残留值影响遍历
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        // 修正j的遍历上界，避免j+1访问越界
        for (int j = 0; j < size - i - 1; j++) 
        {
            if (random_array[j] > random_array[j + 1]) {
                swap(random_array[j], random_array[j + 1]);
            }
        }
    }
    // 输出最终排序结果
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        cout << random_array[i] << endl;
    }
    return 0;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者DandyApe