コンパイラの実装のされ方やメモリの使用状況によって誤った結果を防ぐ方法

c言語について質問です。
1/1+x**2の0から1までの積分がπ/4になることを利用して円周率πの値を出すプログラムを作りました。モンテカルロ法のように一辺1の正方形に点を乱数によって打ち込みそれの比によって面積計算をしています。また、コマンドライン引数で打ち込む回数とπを計算する回数を指定するようにしています。その後πの平均値と分散を算出しています。

以下のプログラムでコンパイラの実装のされ方やメモリの使用状況によって誤った結果が得られる場合があると言われたのですがどこの部分がおかしいのでしょうか?

コンパイル環境
OS: ubuntu 20.04
コンパイラ: gcc

c
1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <time.h>
4#include <math.h>
5
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7int main(int argc, char *argv[]){
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9  int iterate, i;  /* number of iteration */
10  int pi_num,  j;  /* number of PI */
11  int all;        /* sample of the all points */
12  int und_func;    /* number over  the function */
13  double x;        /* cordinate of x */
14  double y;        /* cordinate of y */
15  double pi;       /* value of pi */
16  double sum;      /* sum   of pi */
17  double average;  /* pi average  */
18  double deviation;/* square of deviation */
19  double stan_devi;/* value of standard deviation */
20  
21  if( argc != 3){
22    fprintf(stderr, "Please input command-line arguments\n");
23    fprintf(stderr, "EX; file, number of sample, number of PI's execution\n");
24    return(1);
25  }
26  sscanf(argv[1], "%d", &iterate);
27  sscanf(argv[2], "%d", &pi_num);
28  double pi_arr[pi_num];
29  
30  srand(time(NULL));
31  
32  
33  for(j=0; j<pi_num; j++){
34  all      = 0;
35  und_func = 0;
36  for(i=0; i<iterate; i++){
37    x = (double)rand()/RAND_MAX;    /* generation of x cordinate */
38    y = (double)rand()/RAND_MAX;    /* generation of y cordinate */
39    
40    if ( y <= 1.0/(1.0+x*x) ){
41      all++;
42      und_func++;
43    } else {
44      all++;
45    }
46   
47  }
48  pi = 4.0 * ((double)und_func / (double)all);
49    pi_arr[j] = pi;
50    printf("No %d: PI = %.8lf\n", j+1, pi);
51    
52    }
53
54  printf("\n\n");
55
56  /* calculation of average */
57  for(j=0; j<pi_num; j++){
58    sum += pi_arr[j];
59  }
60  average = sum / (double)pi_num;
61
62  /* calculation of standard deviation */
63  for(j=0; j<pi_num; j++){
64    deviation += (pi_arr[j]-average)*(pi_arr[j]-average);
65  }
66  stan_devi = sqrt( (1/(double)pi_num) * deviation);
67      
68  printf("PI average: %.8lf\n", average);
69  printf("PI standard_deviation: %.8lf\n\n", stan_devi);
70
71  return(0);
72  }
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74  
75

ppaul

2021/01/22 22:50

コンパイラの実装は関係ありません。単独で実行した場合は、OSがメモリの初期化を行うかどうかによります。他のプログラムからロードされて実行された場合には、たいてい誤った結果になります。

行動規範の内容に同意します

回答2件

ベストアンサー

sum と deviation が初期化されていないことの他には、配列の大きさが定数式ではないという点がありますね。

古い C では配列の大きさは定数式で与えなければなりませんでしたが、 C99 (C の仕様の 1999 年の改定) で定数式でなくてもよいとする規則 (variable-length array) が追加されて、 C11 (C の仕様の 2011 年の改定) では VLA は仕様には含まれるもののオプショナルな仕様 (実装しない処理系を認める) になりました。若干流動的な仕様です。

gcc を前提にするなら gcc は C99 を完全にサポートしていることを保証しています。

また、 VLA は配列をスタックから確保する実装になっているのが普通ですが、スタックの大きさの上限は小さめに設定されているのが通例です。 Ubuntu のデフォルトだとたぶん 8MB 程度が上限です。今回の質問者が示した例ではユーザの入力した値に従って配列を確保しているので大きな値を入力した場合にはスタックが溢れて破綻するかもしれません。 (Ubuntu だと誤った結果になるというよりもエラーとして検出されるはずですが。)

大きさの上限が事前に見積もれるか制限できる場合でない限り VLA は使わないで済むなら使わないに越したことは無いです。

それから rand については C の仕様では具体的な性質がほとんど決められていません。具体的なアルゴリズムは各処理系の裁量で決めて良いことになっていて、乱数としての質がどのくらいのものなのかわかりません。

伝統的に線形合同法が用いられることが多く、線形合同法は多次元にマッピングしたときにはっきりした格子状に配置されることがわかっているのでシミュレーションに使うには向いていないです。

投稿2021/01/23 00:01