范围为零的 uniform_int_distribution 进入无限循环

Question

对于单元测试，我实现了一个模拟随机数生成器。我相信这是UniformBitGenerator 的有效实现（模拟实际上使用google mock 来设置operator() 的返回，但它的行为相同）。

struct RNG
{
    using result_type = size_t;
    static result_type min() { return 0; }
    static result_type max() { return std::numeric_limits<result_type>::max(); }
    result_type operator()() { return max(); }
};

现在我使用这个模拟从std::uniform_int_distribution 在[a, b], a == b 范围内进行采样。我相信这是允许的，我发现here 对分布参数的唯一限制是b >= a。所以我希望下面的程序打印5。

int main()
{
    auto rng = RNG();
    auto dist = std::uniform_int_distribution<>(5, 5);
    printf("%d\n", dist(rng));
    return 0;
}

相反，它进入了 STL 内部的无限循环，反复从生成器中提取数字，但无法在指定范围内找到数字。我测试了不同版本的不同（当前）编译器（包括clang、gcc、icc）。 RNG::max 也可以返回其他值（例如 42），不会改变任何东西。

我正在测试的真实代码将随机索引绘制到可能只包含一个元素的容器中。检查这种情况很容易，但这种情况很少见，我想避免这种情况。

我是否遗漏了 STL 中的 RNG 规范中的某些内容？我会惊讶地发现所有编译器中都有一个错误......

Answer 1

通常通过拒绝抽样来实现均匀分布。您不断请求随机数，直到获得符合条件的随机数。您设置了无法满足条件的情况，因为您的随机数生成器非常非随机，因此会导致无限循环。

Answer 2

标准说 ([rand.dist.uni.int])：

uniform_­int_­distribution 随机数分布产生随机整数i， a ≤ i ≤ b，根据常数离散概率函数分布

  P(i|a,b)=1/(b−a+1)

。 . .

explicit uniform_int_distribution(IntType a = 0, IntType b = numeric_limits<IntType>::max());

  要求： a ≤ b。

所以uniform_int_distribution<>(5,5) 应该以 1/1 的概率返回 5。

进入无限循环的实现存在错误。

但是，始终生成相同值的模拟 RNG 不满足 Uniform random bit generator requirements：

G 类型的统一随机位生成器 g 是一个返回无符号整数值的函数对象，使得可能结果范围内的每个值（理想情况下）都具有 返回的概率相等。 [ 注意： g 的结果接近理想的程度通常由统计确定。 — 尾注 ]

见[req.genl]/p1.b:

在整个子条款 [rand] 中，实例化模板的效果：

b) 具有名为 URBG 的模板类型参数是未定义的，除非相应的模板参数是 cv 不合格的并且满足统一随机位生成器的要求。

果然用标准的RNG吧just works：

#include <iostream>
#include <random>

int main() {
    std::mt19937_64 rng;
    std::uniform_int_distribution<> dist(5, 5);
    std::cout << dist(rng) << "\n";
}

打印：

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