rand() 在循环条件中的行为

Question

我试图更好地理解包含某种 rand() 作为其结束条件的循环的行为。考虑以下示例：

for(int i=0; i < rand()%6+10; i++) { do something }

在这种情况下，循环将迭代 10 到 15 次。 我的问题是：终止值是否会被评估一次，然后在其余的迭代中重用？还是会在每次迭代时重新评估？

此外，这是否被认为是不好的做法？

Answer 1

在每次迭代之前对条件进行全面评估。 （想一想：编译器如何知道您每次都想要评估哪些部分，以及您不想评估哪些部分？）

这是否是不好的做法取决于情况。在循环期间终止条件可能发生变化的情况下，这是有道理的。如果您想循环随机次数，那么您应该预先评估终止值，否则您最终会得到与您认为的不同的随机分布。

如果您在每次迭代中评估rand()，那么满足终止条件的几率将根据i 的值在每次迭代中改变，并且您会发现i 的一些终止值与均匀分布。话虽如此，在您的情况下，即使您提前对其进行评估，分布也不会是均匀的，因为（1）rand() 不能保证产生具有均匀分布的值，据我所知，以及（2）采取范围不能被模数整除的随机函数的模数会使分布偏斜。随机函数的范围越大，给定特定模数的偏斜就越少，但它仍然存在。

Answer 2

C++ 标准规定 for 声明：

for ( <em>for-init-statement condition</em><sub>opt</sub> ; <em>expression</em><sub>opt</sub> ) <em>statement</em>

相当于：

{ for-init-statement while ( condition) { statement expression ; } }

[ 注意：因此第一条语句指定了 环形;条件 (6.4) 指定了一个测试，在每个测试之前进行 迭代，[...]

所以是的，每次迭代都会重新评估条件。

至于使用rand() 是否是不好的做法……rand() 函数取决于库和平台。在 linux 上，您可以通过 man 3 rand 找到文档。例如，online man page 表示：

不要在旨在可移植的应用程序中使用此功能 需要良好的随机性。

还有cppreference's opinion on std::rand:

不保证随机序列的质量 产生。过去，rand() 的一些实现有 在随机性、分布和周期方面存在严重缺陷 产生的序列（在一个众所周知的例子中，低位 在调用之间交替在 1 和 0 之间）。

rand() 不推荐用于严重的随机数生成需求， 像密码学。推荐使用C++11的random number generation facilities 替换rand()。 _{（C++11 起）}

如果您想深入了解如何使用这些 C++11 功能，请咨询Random number generation in C++11, how to generate, how do they work?。

有关rand() 的各种用法以及它们为什么不好的分析，请参阅Julienne Walker's article。

例如：

1 int r = rand() % N;

要改为添加下限并将范围设置为 [M..N)，可以这样做 这个：

1 int r = M + rand() % ( N - M );

任何这样做的人都将获得看似随机的奖励 并为他们聪明的解决方案奏效而感到兴奋。不幸的是，这 不起作用。第一个解决方案仅在 N 均分时有效 进入 RAND_MAX。第二种解决方案也好不到哪里去。原因是 因为以这种方式强制范围消除了任何机会 均匀分布。现在，这没关系，如果你什么都不在乎 有些数字比其他数字更有可能，但要正确，你 必须使用分发而不是销毁它。