随机数生成的模板函数（静态断言失败）

Question

我创建了一个简单的模板函数，用于在 [low, high) 范围内生成 T 类型的随机数（我需要 int 或 float），如下所示：

template <typename T>
T randm(T low, T high)
{
    static std::random_device seeder;
    static std::mt19937 gen(seeder());
    std::uniform_real_distribution<T> dis(low, high);
    return dis(gen);
}

但是，当我尝试将其称为：

int r = randm<int>(0, 10);

我收到错误：“静态断言失败：result_type 必须是浮点类型”。

我发现如果我使用uniform_real_distribution<> 而不是uniform_real_distribution<T>，它可以工作，但我不知道为什么（如果我没记错的话uniform_real_distribution<> 默认为我不需要的两倍）。

Answer 1

对于整数类型，有std::uniform_int_distribution。您必须使用 if constexpr 或使用 SFNIAE（具有类型特征）分别处理浮点和积分。顺便提一句。 std::uniform_real_distribution 中有一条注释：如果 this 不是 float、double 或 long double 之一，则效果未定义。（“this”涉及模板类型。）

由 SFINAE 区分的两个独立函数：

#include <iostream>
#include <random>

template <typename T,
  std::enable_if_t<std::is_integral_v<T>, int> = 0
>
T randm(T low, T high)
{
    static std::random_device seeder;
    static std::mt19937 gen(seeder());
    std::uniform_int_distribution<T> dis(low, high);
    return dis(gen);
}

template <typename T,
  std::enable_if_t<std::is_floating_point_v<T>, int> = 0
>
T randm(T low, T high)
{
    static std::random_device seeder;
    static std::mt19937 gen(seeder());
    std::uniform_real_distribution<T> dis(low, high);
    return dis(gen);
}

#define DEBUG(...) std::cout << #__VA_ARGS__ << ";\n"; __VA_ARGS__ 

int main()
{
  DEBUG(std::cout << randm(0, 10) << std::endl);
  DEBUG(std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl);
}

输出：

std::cout << randm(0, 10) << std::endl;
4
std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl;
9.05245

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使用if constexpr（至少需要 C++17）：

#include <iostream>
#include <random>

template <typename T>
T randm(T low, T high)
{
  static std::random_device seeder;
  static std::mt19937 gen(seeder());
  if constexpr (std::is_integral_v<T>) {
    std::uniform_int_distribution<T> dis(low, high);
    return dis(gen);
  }
  if constexpr (std::is_floating_point_v<T>) {
    std::uniform_real_distribution<T> dis(low, high);
    return dis(gen);
  }
  return T(); // ERROR?
}

#define DEBUG(...) std::cout << #__VA_ARGS__ << ";\n"; __VA_ARGS__ 

int main()
{
  DEBUG(std::cout << randm(0, 10) << std::endl);
  DEBUG(std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl);
}

输出：

std::cout << randm(0, 10) << std::endl;
7
std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl;
3.51174

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灵感来自 Jarod42s comment 另一个 C++11 解决方案：

#include <iostream>
#include <random>
#include <type_traits>

template <typename T>
T randm(T low, T high)
{
  static std::random_device seeder;
  static std::mt19937 gen(seeder());
  typename std::conditional<std::is_integral<T>::value,
    std::uniform_int_distribution<T>,
    std::uniform_real_distribution<T>
  >::type dis(low, high);
  return dis(gen);
}

#define DEBUG(...) std::cout << #__VA_ARGS__ << ";\n"; __VA_ARGS__ 

int main()
{
  DEBUG(std::cout << randm(0, 10) << std::endl);
  DEBUG(std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl);
}

输出：

std::cout << randm(0, 10) << std::endl;
2
std::cout << randm(0.0f, 10.0f) << std::endl;
4.36778

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Jarod42 还指出了这种方法的另一个弱点：std::is_integral 涵盖了任何整数类型（包括 char 甚至 bool 的变体），但如果模板类型 是，std::uniform_int_distribution 实际上是未定义的不是 short、int、long、long long、unsigned short、unsigned int、unsigned long 或 unsigned long long 之一。

answer to templating a random number generator in c++ 提供了更好的替代方案。

Answer 2

根据cppreference，uniform_real_distribution有这样的声明：

template< class RealType = double >
class uniform_real_distribution;

// ctor
explicit uniform_real_distribution( RealType a, RealType b = 1.0 );

因此，当您使用uniform_real_distribution<> 形式时，它实际上将RealType 替换为double（从默认模板参数获得）。但是，当您使用uniform_real_distribution<T> 时，实际上将RealType 指定为T（在您的示例中为int），从而导致uniform_real_distribution 的实现中的某些static_assert 检查失败。