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标题: 随机数的错误 [打印本页]

作者: 王海彬 时间: 2015-9-17 23:19
标题: 随机数的错误
下面的程序将打印一个单词，其第一个字母是由一个随机数生成器来选择的。请
描述该程序的行为：
import java.util.Random;
public class Rhymes {
private static Random rnd = new Random();
public static void main(String[] args) {
StringBuffer word = null;
switch (rnd.nextInt(2)) {
case 1:
word = new StringBuffer('P');
case 2:
word = new StringBuffer('G');
default:
word = new StringBuffer('M');
}
word.append('a');
word.append('i');
word.append('n');
System.out.println(word);
}
}
乍一看，这个程序可能会在一次又一次的运行中，以相等的概率打印出Pain，Gain 或 Main。看起来该程序会根据随机数生成器所选取的值来选择单词的第一
个字母：0 选M，1 选P，2 选G。谜题的题目也许已经给你提供了线索，它实际上既不会打印Pain，也不会打印Gain。也许更令人吃惊的是，它也不会打印Main，并且它的行为不会在一次又一次的运行中发生变化，它总是在打印ain。
有三个bug 凑到一起引发了这种行为。你完全没有发现它们吗？第一个bug 是所选取的随机数使得switch 语句只能到达其三种情况中的两种。
Random.nextInt(int)的规范描述道：“返回一个伪随机的、均等地分布在从0（包括）到指定的数值（不包括）之间的一个int 数值”[Java-API]。这意味着
表达式rnd.nextInt(2)可能的取值只有0和1，Switch语句将永远也到不了case2 分支，这表示程序将永远不会打印Gain。nextInt 的参数应该是3 而不是2。
这是一个相当常见的问题源，被熟知为“栅栏柱错误（fencepost error）”。
这个名字来源于对下面这个问题最常见的但却是错误的答案，如果你要建造一个100 英尺长的栅栏，其栅栏柱间隔为10 英尺，那么你需要多少根栅栏柱呢？11根或9 根都是正确答案，这取决于是否要在栅栏的两端树立栅栏柱，但是10 根却是错误的。要当心栅栏柱错误，每当你在处理长度、范围或模数的时候，都要仔细确定其端点是否应该被包括在内，并且要确保你的代码的行为要与其相对应。
第二个bug 是在不同的情况（case）中没有任何break 语句。不论switch 表达式为何值，该程序都将执行其相对应的case 以及所有后续的case[JLS 14.11]。
因此，尽管每一个case 都对变量word 赋了一个值，但是总是最后一个赋值胜出，覆盖了前面的赋值。最后一个赋值将总是最后一种情况（default），即new
StringBuffer{'M'}。这表明该程序将总是打印Main，而从来不打印Pain或Gain。
在switch的各种情况中缺少break语句是非常常见的错误。从5.0版本起，javac提供了-Xlint:fallthrough 标志，当你忘记在一个case 与下一个case 之间添
加break 语句是，它可以生成警告信息。不要从一个非空的case 向下进入了另一个case。这是一种拙劣的风格，因为它并不常用，因此会误导读者。十次中
有九次它都会包含错误。如果Java 不是模仿C 建模的，那么它倒是有可能不需要break。对语言设计者的教训是：应该考虑提供一个结构化的switch 语句。
最后一个，也是最微妙的一个bug 是表达式new StringBuffer('M')可能没有做哪些你希望它做的事情。你可能对StringBuffer(char)构造器并不熟悉，这很
容易解释：它压根就不存在。StringBuffer 有一个无参数的构造器，一个接受一个String 作为字符串缓冲区初始内容的构造器，以及一个接受一个int 作为
缓冲区初始容量的构造器。在本例中，编译器会选择接受int 的构造器，通过拓宽原始类型转换把字符数值'M'转换为一个int 数值77[JLS 5.1.2]。换句话说，
new StringBuffer('M')返回的是一个具有初始容量77 的空的字符串缓冲区。该程序余下的部分将字符a、i 和n 添加到了这个空字符串缓冲区中，并打印出该
字符串缓冲区那总是ain 的内容。
为了避免这类问题，不管在什么时候，都要尽可能使用熟悉的惯用法和API。如果你必须使用不熟悉的API，那么请仔细阅读其文档。在本例中，程序应该使用
常用的接受一个String 的StringBuffer 构造器。
下面是该程序订正了这三个bug 之后的正确版本，它将以均等的概率打印Pain、
Gain 和Main：
import java.util.Random;
public class Rhymes1 {
private static Random rnd = new Random();
public static void main(String[] args) {
StringBuffer word = null;
switch (rnd.nextInt(3)) {
case 1:
word = new StringBuffer("P");
break;
case 2:
word = new StringBuffer("G");
break;
default:
word = new StringBuffer("M");
break;
}
word.append('a');
word.append('i');
word.append('n');
System.out.println(word);
}
}
尽管这个程序订正了所有的bug，它还是显得过于冗长了。下面是一个更优雅的
版本：
import java.util.Random;
public class Rhymes2 {
private static Random rnd = new Random();
public static void main(String[] args) {
System.out.println("PGM".charAt(rnd.nextInt(3)) + "ain");
}
}
下面是一个更好的版本。尽管它稍微长了一点，但是它更加通用。它不依赖于所
有可能的输出只是在它们的第一个字符上有所不同的这个事实：
import java.util.Random;
public class Rhymes3 {
public static void main(String[] args) {
String a[] = { "Main", "Pain", "Gain" };
System.out.println(randomElement(a));
}
private static Random rnd = new Random();
private static String randomElement(String[] a) {
return a[rnd.nextInt(a.length)];
}
}
总结一下：首先，要当心栅栏柱错误。其次，牢记在 switch 语句的每一个 case中都放置一条 break 语句。第三，要使用常用的惯用法和 API，并且当你在离
开老路子的时候，一定要参考相关的文档。第四，一个 char 不是一个 String，而是更像一个 int。

作者: 王鲁悦 时间: 2015-9-17 23:32
很棒加油

作者: 王海彬 时间: 2015-9-17 23:39
谢谢支持，希望对大家有所帮助

作者: T-l-H、小生 时间: 2015-9-17 23:51
这么个小错误你能写一大版，我居然看完了。。。

作者: 阮文江 时间: 2015-9-17 23:54
好吧，楼主辛苦了！

作者: 王海彬 时间: 2015-9-18 20:38
为人民服务！！！

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