C言語 関数形式マクロ swapについて

Question

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

#define swap(type, x, y) do{ type t = x; x = y; y= t; }while(0)

int main(void){
    int num[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
    int i;

    srand(time(NULL));
    for( i = 9; i >= 1; i-- ){
        swap( int, num[i], num[ rand() % (i + 1)] );
    }

    for( i = 0; i < 10; i++ ){
        printf("%d", num[i]);
    }
    putchar('\n');
    return 0;
}

例として、FisherYatesのアルゴリズムを用いて配列要素をシャッフルするプログラムを挙げました。
実行例は、
6553000982
のように数値が重なってしまいます。

rnd = rand() % (i + 1);
のように先に乱数を代入しておき、
swap(int, a[i], a[rnd]);
を呼び出すと、(本来はif(i != rnd){/* ... */}の条件を付けていますが、仮に付けなくても)
正しくシャッフルされた形の配列が得られます。

上記プログラムのような引数の渡し方の場合、どのような処理が起こって
別の添字要素に影響を及ぼしているのかいまいち分かりません。

ご教授のほど、よろしくお願い致します。

Answer 1

C言語のマクロは、あくまで文字列として展開されます。そのため、展開後は

do{ int t = num[i]; num[i] = num[ rand() % (i + 1)]; num[ rand() % (i + 1)]= t; }while(0)

となって、rand()が2回実行されてしまいます。関数呼び出しでなくても、i++のようなものをマクロ引数にすると似たようなことになってしまいます。

Answer 2

    for( i = 9; i >= 1; i-- ){
        swap( int, num[i], num[ rand() % (i + 1)] );
    }

が展開されると

    for( i = 9; i >= 1; i-- ){
        do{
            int t = num[i];
            num[i] = num[ rand() % (i + 1)];
            num[ rand() % (i + 1)] = t;
        }while(0);
    }

となります。
rand()が2回実行され、別の添え字となっています。

マクロではなく関数にするか、

#define swap(type, x, y) do{ type yt = y; type t = x; x = yt; yt = t; }while(0)

みたくrand()が呼ばれるのが1回になるようにするかでしょうね。

Comments

[maisumakun]

書き換え後のswapマクロでは、yへの代入がありませんよね…マクロで解決するのは厳しそうな気もします。

[MIURA_Yasuyuki]

maisumakun　さん、コメントありがとうございます。ご指摘の通りですね。添え字を覚えておかないといけないので、マクロでやるのは難しいというか、やってもキレイな解決方法にならなそうです。

[C_beginner]

お二方回答ありがとうございます。

マクロの副作用を考慮出来ていなかったことがよく分かりました。
引数に演算子を含む式を渡してしまう可能性がある場合は、関数によって行うのが良いですね。