Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

cout << regex_replace(s, r, fmt2, format_no_copy) << endl;

С учетом того же ввода эта версия программы создает такой вывод:

201.555.2368 862.555.0123

973.555.0130

609.555.0132 201.555.0175 800.555.0000

Упражнения раздела 17.3.4

Упражнение 17.24. Напишите собственную версию программы для переформатирования номеров телефонов.

Упражнение 17.25. Перепишите свою программу телефонных номеров так, чтобы она выводила только первый номер для каждого человека.

Упражнение 17.26. Перепишите свою программу телефонных номеров так, чтобы она выводила только второй и последующие номера телефонов для людей с несколькими номерами телефонов.

Упражнение 17.27. Напишите программу, которая переформатировала бы почтовый индекс с девятью цифрами как ddddd-dddd.

17.4. Случайные числа

Программы нередко нуждаются в источнике случайных чисел. До нового стандарта языки С и С++ полагались на простую библиотечную функцию языка С по имени rand(). Эта функция создает псевдослучайные целые числа, равномерно распределенные в диапазоне от нуля до зависимого от системы максимального значения, которое по крайней мере не меньше 32767.

У функции rand() несколько проблем: многим, если не всем, программам нужны случайные числа в совершенно другом диапазоне, отличном от используемого функцией rand(). Некоторые приложения требуют случайных чисел с плавающей запятой, другим нужны числа с неоднородным распределением. Когда разработчики пытаются преобразовывать диапазон, тип или распределение чисел, созданных функцией rand(), их случайность зачастую теряется.

Библиотека случайных чисел, определенная в заголовке random, решает эти проблемы за счет набора взаимодействующих классов: классов процессора случайных чисел (random-number engine) и классов распределения случайного числа (random-number distribution). Эти классы описаны в табл. 17.14. Процессор создает последовательность беззнаковых случайных чисел, а распределение использует процессор для создания случайных чисел определенного типа в заданном диапазоне, распределенном согласно указанному вероятностному распределению.

Таблица 17.14. Компоненты библиотеки случайных чисел

Процессор Типы, создающие последовательность случайных беззнаковых целых чисел Распределение Типы, использующие процессор для возвращения чисел согласно заданному распределению вероятности 

Программы С++ больше не должны использовать библиотечную функцию rand(). Для этого следует использовать класс default_random_engine наряду с соответствующим объектом распределения.

17.4.1. Процессоры случайных чисел и распределения

Процессоры случайных чисел — это классы объектов функции (см. раздел 14.8), определяющие оператор вызова, не получающий никаких аргументов и возвращающий случайное беззнаковое число. Вызвав объект типа процессора случайных чисел, можно получить простые случайные числа:

default_random_engine е; // создает случайное беззнаковое число

for (size_t i = 0; i < 10; ++i)

 // e() "вызывает" объект для создания следующего случайного числа

 cout << е() << " ";

На системе авторов эта программа выводит:

16807 282475249 1622650073 984943658 1144108930 470211272 ...

Здесь был определен объект е типа default_random_engine. В цикле for происходит вызов объекта е, возвращающий следующее случайное число.

Библиотека определяет несколько процессоров случайных чисел, отличающихся производительностью и качеством случайности. Каждый компилятор определяет один из этих процессоров как стандартный процессор случайных чисел (default random engine) (тип default_random_engine). Этот тип предназначен для процессоров с наиболее общеприменимыми свойствами (табл. 17.15). Список типов и функций процессоров, определенных стандартом, приведен в разделе А.3.2.

В большинстве случаев вывод процессора сам по себе непригоден для использования, поскольку, как уже упоминалось, это простые случайные числа. Проблема в том, что эти числа обычно охватывают диапазон, отличный от необходимого. Правильное преобразование диапазона случайного числа на удивление трудно.

Типы распределения и процессоры

Чтобы получить число в определенном диапазоне, используется объект типа распределения:

// однородное распределение от 0 до 9 включительно

uniform_int_distribution<unsigned> u(0,9);

default_random_engine e; // создает случайные беззнаковые целые числа

for (size_t i = 0; i < 10; ++i)

 // u использует e как источник чисел

 // каждый вызов возвращает однородно распределенное значение

 // в заданном диапазоне

 cout << u(e) << " ";

Вывод таков:

0 1 7 4 5 2 0 6 6 9

Здесь u определяется как объект типа uniform_int_distribution<unsigned>. Этот тип создает однородно распределенные беззнаковые значения. При определении объекта этого типа можно задать минимум и максимум необходимых значений. Определение u(0, 9) указывает, что необходимы числа в диапазоне от 0 до 9 включительно. Распределение случайного числа использует включающие диапазоны, позволяющие получить любое возможное целочисленное значение в нем.

Подобно типам процессоров, типы распределения также являются классами объектов функции. Типы распределения определяют оператор вызова, получающий процессор случайных чисел как аргумент. Объект распределения использует свой аргумент процессора для создания случайного числа, которое объект распределения сопоставит с определенным распределением.

Обратите внимание на то, что объект процессора передается непосредственно, u(e). Если бы вызов был написан как u(е()), то произошла бы попытка передать следующее созданное е значение в u, что привело бы к ошибке при компиляции. Поскольку некоторые распределения вызывают процессор несколько раз, передается сам процессор, а не очередной результат его вызова.

Когда упоминается генератор случайных чисел (random-number generator), имеется в виду комбинация объекта распределения с объектом процессора.

Сравнение процессора случайных чисел и функции rand()

Читатели, знакомые с библиотечной функцией rand() языка С, вероятно заметили, что вывод вызова объекта default_random_engine подобен выводу функции rand(). Процессоры предоставляют целые беззнаковые числа в определенном системой диапазоне. Функция rand() имеет диапазон от 0 до RAND_MAX. Диапазон процессора возвращается при вызове функций-членов min() и max() объекта его типа:

cout << "min: " << e.min() << " max: " << e.max() << endl;

На системе авторов эта программа выводит следующее

min: 1 max: 2147483646

Таблица 17.15. Операции с процессором случайного числа

Engine e; Стандартный конструктор; использует заданное по умолчанию начальное число для типа процессора Engine e(s); Использует как начальное число целочисленное значение s e.seed(s) Переустанавливает состояние процессора, используя начальное число s e.min() e.max() Наименьшие и наибольшие числа, создаваемые данным генератором Engine::result_type Целочисленный беззнаковый тип, создаваемый данным процессором e.discard(u) Перемещает процессор на u шагов; u имеет тип unsigned long long Процессоры создают последовательности чисел

У генераторов случайных чисел есть одно свойство, которое зачастую вызывает сомнения у новичков: даже при том, что создаваемые числа случайны, при каждом запуске данный генератор возвращает ту же последовательность чисел. Факт неизменности последовательности очень полезен во время проверки. С другой стороны, разработчики, использующие генераторы случайных чисел, должны учитывать этот факт.

Предположим, например, что необходима функция, создающая вектор из 100 случайных целых чисел, равномерно распределенных в диапазоне от 0 до 9. Могло бы показаться, что эту функцию следует написать следующим образом: