为什么 rand() 给我负数？

Question

我正在尝试使 rand_draw 保持 0-8 之间的随机正数。但是这段代码在某些迭代中不断给出负数。发生了什么事？

srand(time(0));
int draw_count = 8;
int rand_draw = (2 * rand()) % draw_count;
cout << rand_draw << endl;

Answer 1

根据cppreference，rand()：

返回一个介于​0​和 RAND_MAX（包括 0 和 RAND_MAX）之间的伪随机整数值。

RAND_MAX 的值是实现定义的，但很可能是int 中可以表示的最大值。通过将您从rand() 获得的值加倍，结果可能会溢出为负数。这实际上是未定义的行为。

我认为没有理由将rand() 的返回值翻倍。你可以很简单地纠正这个问题：

int rand_draw = rand() % (draw_count + 1);

这将为您提供 0 到 8 之间的随机值，正如您指定的那样。

但在现代 C++ 中，使用 C++ 标准库中的 uniform_int_distribution 是一种更好的方法。这是链接页面中的示例，经过修改以显示您指定的范围：

#include <random>
#include <iostream>
 
int main()
{
    std::random_device rd;  //Will be used to obtain a seed for the random number engine
    std::mt19937 gen(rd()); //Standard mersenne_twister_engine seeded with rd()
    std::uniform_int_distribution<> distrib(0, 8);
 
    for (int n=0; n<10; ++n)
        //Use `distrib` to transform the random unsigned int generated by gen into an int in [0, 8]
        std::cout << distrib(gen) << ' ';
    std::cout << '\n';
}

Answer 2

rand() 函数将在 [0, RAND_MAX) 范围内生成一个随机数。 RAND_MAX 是一个很大的数字。 更多细节在link中讨论

当您使用 2*rand() 时，基本上是将生成的数字向左移动 1 位。如果生成的数字足够大，从左边算起第二位为 1，那么在向左移动后，您将生成一个负数。

这是一个例子： 假设生成的十六进制数是 0x70000011。 这个数字的最高四位是 0111，左移 1 位后，可以看到符号位在变化。 然后你尝试使用导致负数的 % 操作。

1. rand() % draw_count -> 生成数字 [0, draw_count)
2. (rand() % draw_count) + draw_count -> 生成数字 [draw_count, 2* draw_count)
3. rand() % (2draw_count) -> 生成数字 [0, 2 draw_count)

Answer 3

我想出了一个解决方案，因为我只能使用 rand() 函数。我只是在之后添加了一个 if 语句来检查它是否是偶数，如果是，则将变量设置为 rand_draw，如果不是，则递增 1。

int rand_draw = rand() % draw_count;
if (rand_draw % 2 == 0)
{
    rand_draw = rand_draw;
}
else
{
    rand_draw += 1;
}