java 正负随机_如何产生一个随机的[0, n)范围内的Short值

背景

最近在做一个Java的随机对象生成器。需要随机产生一些在[0, n)范围内的short值。

坑

很多人可能会说，这有什么难的，我刚学编程的时候就会了。然后给出下面代码。

short value = (short) (new Random().nextInt(n));

看起来很棒的一段的代码，感觉完全没有问题，但是在实际测试过程中我们发现最后获取到的value值有时候会是负值。咦，怎么回事呢，nextInt(n)返回的不是[0, n)的值吗？

爬坑

为了解释以上问题，我们首先需要回顾下学校学的数值的表示。原码用第一位表示正负，后面的位数表示符号，正数反码，补码与原码都相同，负数除符号位外取反获得反码，反码加一获得补码。

int型在Java中占四个字节，short型在Java中占两个字节，int到short的强转将int的后两个字节截取，比如原本是0x0FFFFFFF，我们知道这是正数，但是如果截断获取后两个字节就编程了0xFFFF，这就是一个负数了。

那么判断一下如果是负数，取反行不行:

short value = (short) (new Random().nextInt(n));

value = (short)(value < 0 ? -value : value);

答案是不行，因为在Java中四则运算的最小类型是int型，short型和byte型的四则运算都是先将值转为Int型在进行的。所以value(0xFFFF -> 0x0000FFFF) < 0, NO. 即使这里取了负值，但是在经过又一次short强转之后又回到了原来的结果。

解决

那么如何解决这一问题呢，下面给出两种正确的解决代码。

n = n < Short.MAX_VALUE ? n : Short.MAX_VALUE;

short value = (short) (new Random().nextInt(n));

因为产生的int值在short值的范围内，所以即使强转也不会改变正负性。因为最大值是0x00007FFF，强转为short，最高位总是0；

short value = (short) (new Random().nextInt(n)) & 0x7FFF;

做位操作，只取产生值的后15位。第16位总是0，所以可以保证是正数。

当然只有在n > Short.MAX_VALUE的情况下才会有问题，如果本省n <= Short.MAX_VALUE，那么也不会有问题。byte与short同理。

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