Класс Random и его функции

Умение генерировать случайные числа требуется во многих приложениях. Класс Random содержит все необходимые для этого средства. Класс Random имеет конструктор класса: для того, чтобы вызывать методы класса, нужно вначале создавать экземпляр класса. Этим Random отличается от класса Math, у которого все поля и методы - статические, что позволяет обойтись без создания экземпляров класса Math.

Как и всякий "настоящий" класс, класс Random является наследником класса Object, а, следовательно, имеет в своем составе и методы родителя. Рассмотрим только оригинальные методы класса Random со статусом public, необходимые для генерирования последовательностей случайных чисел. Класс имеет защищенные методы, знание которых полезно при необходимости создания собственных потомков класса Random, но этим мы заниматься не будем.

Начнем рассмотрение с конструктора класса. Он перегружен и имеет две реализации. Одна из них позволяет генерировать неповторяющиеся при каждом запуске серии случайных чисел. Начальный элемент такой серии строится на основе текущей даты и времени, что гарантирует уникальность серии. Этот конструктор вызывается без параметров. Он описан как public Random(). Другой конструктор с параметром - public Random (int) обеспечивает важную возможность генерирования повторяющейся серии случайных чисел. Параметр конструктора используется для построения начального элемента серии, поэтому при задании одного и того же значения параметра серия будет повторяться.

Перегруженный метод public int Next() при каждом вызове возвращает положительное целое, равномерно распределенное в некотором диапазоне. Диапазон задается параметрами метода. Три реализации метода отличаются набором параметров:

• public int Next () - метод без параметров выдает целые положительные числа во всем положительном диапазоне типа int;

• public int Next (int max) - выдает целые положительные числа в диапазоне [0,max];

• public int Next (int min, int max) - выдает целые числа в диапазоне [min,max].

Метод public double NextDouble () имеет одну реализацию. При каждом вызове этого метода выдается новое случайное число, равномерно распределенное в интервале [0,1).

Еще один полезный метод класса Random позволяет при одном обращении получать целую серию случайных чисел. Метод имеет параметр - массив, который и будет заполнен случайными числами. Метод описан как public void NextBytes (byte[] buffer). Так как параметр buffer представляет массив байтов, то, естественно, генерированные случайные числа находятся в диапазоне [0, 255].

Приведу теперь пример работы со случайными числами. Как обычно, для проведения экспериментов по генерации случайных чисел я создал метод Rand в классе Testing. Вот программный код этого метода:

/// <summary>

/// Эксперименты с классом Random

/// </summary>

public void Rand()

{

const int initRnd = 77;

Random realRnd = new Random();

Random repeatRnd = new Random(initRnd);

// случайные числа в диапазоне [0,1)

Console.WriteLine("случайные числа в диапазоне[0,1)");

for(int i =1; i <= 5; i++)

{

Console.WriteLine("Число " + i + "= "

+ realRnd.NextDouble() );

}

// случайные числа в диапазоне[min,max]

int min = -100, max=-10;

Console.WriteLine("случайные числа в диапазоне [" +

min +"," + max + "]");

for(int i =1; i <= 5; i++)

{

Console.WriteLine("Число " + i + "= "

+ realRnd.Next(min,max) );

}

// случайный массив байтов

byte[] bar = new byte[10];

repeatRnd.NextBytes(bar);

Console.WriteLine("Массив случайных чисел в диапазоне

[0, 255]");

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

{

Console.WriteLine("Число " + i + "= " +bar[i]);

}

}//Rand

Приведу краткий комментарий к тексту программы. Вначале создаются два объекта класса Random. У этих объектов разные конструкторы. Объект с именем realRnd позволяет генерировать неповторяющиеся серии случайных чисел. Объект repeatRnd дает возможность повторить при необходимости серию. Метод NextDouble создает серию случайных чисел в диапазоне [0, 1). Вызываемый в цикле метод Next с двумя параметрами создает серию случайных отрицательных целых, равномерно распределенных в диапазоне [-100, -10]. Метод NextBytes объекта repeatRnd позволяет получить при одном вызове массив случайных чисел из диапазона [0, 255].

Операторы языка C#

Состав операторов языка C#, их синтаксис и семантика унаследованы от языка С++. Как и положено, потомок частично дополнил состав, переопределил синтаксис и семантику отдельных операторов, постарался улучшить характеристики языка во благо программиста. Посмотрим, насколько это удалось языку C#.

Оператор присваивания

Как в языке С++, так и в C# присваивание формально считается операцией. Вместе с тем запись:

X = expr;

следует считать настоящим оператором присваивания, так же, как и одновременное присваивание со списком переменных в левой части:

X1 = X2 = ... = Xk = expr;

В отличие от языка C++ появление присваивания в выражениях C# хотя и допустимо, но практически не встречается. Например, запись:

if(x = expr)...

часто используемая в С++, в языке C# в большинстве случаев будет воспринята как ошибка еще на этапе компиляции.

Блок или составной оператор

С помощью фигурных скобок несколько операторов языка (возможно, перемежаемых объявлениями) можно объединить в единую синтаксическую конструкцию, называемую блоком или составным оператором:

{

оператор_1

...

оператор_N

}

В языках программирования нет общепринятой нормы для использования символа точки с запятой при записи последовательности операторов. Есть три различных подхода и их вариации. Категорические противники точек с запятой считают, что каждый оператор должен записываться на отдельной строке (для длинных операторов определяются правила переноса). В этом случае точки с запятой (или другие аналогичные разделители) не нужны. Горячие поклонники точек с запятой (к ним относятся языки С++ и C#) считают, что точкой с запятой должен оканчиваться каждый оператор. В результате в операторе if перед else появляется точка с запятой. Третьи полагают, что точка с запятой играет роль разделителя операторов, поэтому перед else ее не должно быть. В приведенной выше записи блока, следуя синтаксису C#, каждый из операторов заканчивается символом "точка с запятой". Но, заметьте, блок не заканчивается этим символом!

Синтаксически блок воспринимается как единичный оператор и может использоваться всюду в конструкциях, где синтаксис требует одного оператора. Тело цикла, ветви оператора if, как правило, представляются блоком. Приведу достаточно формальный и слегка запутанный пример, где тело процедуры представлено блоком, в котором есть встроенные блоки, задающие тело оператора цикла for и тела ветвей оператора if:

/// <summary>

/// демонстрация блоков (составных операторов)

/// </summary>

public void Block()

{

int limit = 100;

int x = 120, y = 50;

int sum1 =0, sum2=0;

for (int i = 0; i< 11; i++)

{

int step = Math.Abs(limit -x)/10;

if (x > limit)

{x -= step; y += step;}

else

{x += step; y -= step;}

sum1 += x; sum2 +=y;

}

//limit = step; //переменная step перестала существовать

//limit = i; // переменная i перестала существовать

Console.WriteLine("x= {0}, y= {1}, sum1 ={2}, sum2 = {3}",

x,y,sum1,sum2);

}

Заметьте, здесь в тело основного блока вложен блок, задающий тело цикла, в котором объявлены две локальные переменные - i и step.

В свою очередь, в тело цикла вложены блоки, связанные с ветвями then и else оператора if. Закомментированные операторы, стоящие сразу за окончанием цикла, напоминают, что соответствующие локальные переменные, определенные в блоке, перестают существовать по его завершении.

Приведенная процедура Block является методом класса Testing, который входит в проект Statements, созданный для работы с примерами этой лекции. Вот описание полей и конструктора класса Testing:

/// <summary>

/// Класс Testing - тестирующий класс. Представляет набор

/// скалярных переменных и методов, тестирующих работу

/// с операторами, процедурами и функциями C#.

/// </summary>

public class Testing

{

public Testing(string name, int age)

{

this.age = age;

this.name = name;

}

//поля класса

public string name;

public int age;

private int period;

private string status;

}

Пустой оператор

Пустой оператор - это "пусто", завершаемое точкой с запятой. Иногда полезно рассматривать отсутствие операторов как существующий пустой оператор. Синтаксически допустимо ставить лишние точки с запятой, полагая, что вставляются пустые операторы. Например, синтаксически допустима следующая конструкция:

for (int j=1; j<5; j++)

{;;;};

Операторы выбора

Как в С++ и других языках программирования, в языке C# для выбора одной из нескольких возможностей используются две конструкции - if и switch. Первую из них обычно называют альтернативным выбором, вторую - разбором случаев.

Оператор if

Начнем с синтаксиса оператора if: