【PHP8.x】mt_rand関数の使い方

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1<?php
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3/**
4 * mt_rand() を使用して乱数を生成する例
5 * PHP 7.1 より前のバージョンでは、min > max の場合にバグが存在した。
6 * この例では、min と max の値を検証し、安全に乱数を生成する。
7 */
8function generateSafeRandomNumber(int $min, int $max): int
9{
10    // min が max より大きい場合のチェック
11    if ($min > $max) {
12        // 引数を入れ替えるか、エラーをスローするなどの適切な処理を行う
13        throw new InvalidArgumentException("min must be less than or equal to max");
14    }
15
16    // mt_rand() を使用して乱数を生成
17    return mt_rand($min, $max);
18}
19
20// 使用例
21try {
22    $randomNumber = generateSafeRandomNumber(1, 100);
23    echo "生成された乱数: " . $randomNumber . PHP_EOL;
24
25    // バグが発生する可能性のあるケース (PHP 7.1 未満) をテスト
26    // generateSafeRandomNumber(100, 1); // これは例外をスローする
27} catch (InvalidArgumentException $e) {
28    echo "エラー: " . $e->getMessage() . PHP_EOL;
29}

PHPのmt_rand()関数は、メルセンヌ・ツイスター法に基づいた乱数を生成する関数です。引数 $min と $max で乱数の範囲を指定します。どちらの引数も省略可能で、省略した場合はプラットフォームに依存した範囲で乱数が生成されます。戻り値は、$min と $max の間の整数値です。

このサンプルコードでは、mt_rand()関数を安全に使用するためのgenerateSafeRandomNumber()関数を定義しています。PHP 7.1より前のバージョンでは、$min が $max より大きい場合にmt_rand()が正しく動作しないバグがありました。そのため、generateSafeRandomNumber()関数内では、まず $min が $max より大きくないかを確認し、大きい場合は InvalidArgumentException をスローして、バグを回避しています。これにより、mt_rand()関数を安全に利用できます。

サンプルコードでは、try-catch ブロックを使用して、例外処理を行っています。generateSafeRandomNumber()関数を呼び出す際に、$min が $max より大きい値を渡すと、InvalidArgumentException が発生し、catch ブロックでエラーメッセージが表示されます。正常に乱数が生成された場合は、生成された乱数が表示されます。この例を通じて、mt_rand()関数の使用方法と、潜在的なバグに対する安全なコーディングについて学ぶことができます。

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1<?php
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3/**
4 * mt_rand 関数を使用して、指定範囲の乱数を生成するサンプルコード。
5 * mt_rand は rand 関数よりも高速で、より高品質な乱数を生成します。
6 * 偏りを考慮し、適切な範囲を指定することが重要です。
7 */
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9// 最小値と最大値を指定して乱数を生成
10$min = 1;
11$max = 100;
12$random_number = mt_rand($min, $max);
13
14echo "生成された乱数: " . $random_number . PHP_EOL;
15
16// 最小値と最大値を省略した場合、PHP_INT_MIN から PHP_INT_MAX までの乱数を生成
17$random_number_full_range = mt_rand();
18echo "フルレンジで生成された乱数: " . $random_number_full_range . PHP_EOL;
19
20// 乱数の偏りを確認するための簡単なテスト
21function test_mt_rand_bias(int $min, int $max, int $iterations = 10000): void {
22    $counts = [];
23    for ($i = 0; $i < $iterations; $i++) {
24        $rand = mt_rand($min, $max);
25        if (!isset($counts[$rand])) {
26            $counts[$rand] = 0;
27        }
28        $counts[$rand]++;
29    }
30
31    ksort($counts); // 結果をソート
32
33    echo "偏りテスト (範囲: {$min} - {$max}, 試行回数: {$iterations}):" . PHP_EOL;
34    foreach ($counts as $number => $count) {
35        $percentage = round(($count / $iterations) * 100, 2);
36        echo "{$number}: {$count}回 ({$percentage}%)" . PHP_EOL;
37    }
38}
39
40// 偏りテストの実行例
41test_mt_rand_bias(1, 5);

PHPのmt_rand関数は、より高品質な乱数を生成するための関数です。rand関数よりも高速であるという特徴があります。mt_rand($min, $max)のように、最小値$minと最大値$maxを引数に指定することで、その範囲内の乱数を整数値（int型）として返します。引数を省略した場合、PHP_INT_MINからPHP_INT_MAXまでの範囲で乱数を生成します。

サンプルコードでは、mt_randを使用して1から100までの乱数を生成し、その結果を表示しています。また、引数を省略した場合の動作も確認できます。

さらに、乱数の偏りを確認するためのtest_mt_rand_bias関数を定義し、簡単なテストを実施しています。この関数は、指定された範囲で乱数を生成し、各数値が出現する回数をカウントすることで、偏りの有無を視覚的に確認できます。mt_randを使用する際には、生成される乱数が偏っていないか、適切な範囲で利用されているかを確認することが重要です。特に、セキュリティに関わる用途で使用する場合は注意が必要です。