Question

我正在使用glibc源代码阅读c standard library rand() function implementation。 stdlib / random_r.c，第359行

int
__random_r (buf, result)
            struct random_data *buf;
            int32_t *result;
{
  int32_t *state;

  if (buf == NULL || result == NULL)
    goto fail;

  state = buf->state;

  if (buf->rand_type == TYPE_0)
    {
      int32_t val = state[0];
      val = ((state[0] * 1103515245) + 12345) & 0x7fffffff;
      state[0] = val;
      *result = val;
    }
  else
    {
      int32_t *fptr = buf->fptr;
      int32_t *rptr = buf->rptr;
      int32_t *end_ptr = buf->end_ptr;
      int32_t val;

      val = *fptr += *rptr;
      /* Chucking least random bit.  */
      *result = (val >> 1) & 0x7fffffff;
      ++fptr;
      if (fptr >= end_ptr)
        {
          fptr = state;
          ++rptr;
        }
      else
        {
          ++rptr;
          if (rptr >= end_ptr)
            rptr = state;
        }
      buf->fptr = fptr;
      buf->rptr = rptr;
    }
  return 0;

 fail:
  __set_errno (EINVAL);
  return -1;
}

我不明白random_r在(buf->rand_type != TYPE_0)时如何生成随机数，有人请解释一下吗？感谢。

Answer 1

glibc rand()有两种不同的生成器实现：

一个简单的线性同余生成器（LCG），由下式定义：

val = ((state * 1103515245) + 12345) & 0x7fffffff

（& 0x7fffffff扔掉最随机最重要的位）

这是一个非常简单的单态LCG。它有一些缺点。最重要的一点是，因为它是单个状态生成器，所以它不会在每个单独的rand()调用上生成完全伪随机数。它真正做的是以伪随机顺序遍历整个范围（2 ^ 31）。这有一个有意义的含义：当你获得一些数字时，这意味着你将不在当前时期再次获得该数字。您将在下一次2 ^ 31 rand()电话中再次获得该号码，不久之后，不会更晚。

此生成器在TYPE_0来源中称为glibc。
稍微更先进的附加反馈发生器。该生成器具有许多状态，这意味着它没有上述的“遍历属性”。在同一时期，您可以获得相同的数字两次（或更多次）。

您可以找到该算法here的绝佳描述。

此生成器在TYPE_1来源中称为TYPE_2，TYPE_3，TYPE_4或glibc。

回到你的问题，这就是它产生价值的方式：
```
seeding_stage() // (code omitted here, see the description from above link)

for (i=344; i<MAX; i++)
{
    r[i] = r[i-31] + r[i-3];
    val = ((unsigned int) r[i]) >> 1;
}
```
问题中else之后的代码只是上面的代码，但是以不同的方式编写（使用指向包含先前值的数组的指针）。

使用哪个生成器取决于使用initstate()函数设置的初始状态的大小。第一个（LCG）生成器仅在状态大小为8个字节时使用。当它更大时，使用第二个发生器。使用srand()设置种子时，默认情况下状态的大小为128个字节，因此使用第二个生成器。所有内容都写在您在问题中引用的glibc源文件的注释中。

Answer 2

如果其他人需要对GNU C Library的srand（）/ rand（）函数进行简单的重新实现，则此C＃类将完全再现生成的随机数。 unchecked关键字是显式允许整数溢出。（根据Piotr Jurkiewicz的回答。）

public class GnuRand
{
    private uint[] r;
    private int n;

    public GnuRand(uint seed)
    {
        r = new uint[344];

        unchecked
        {
            r[0] = seed;
            for (int i = 1; i < 31; i++)
            {
                r[i] = (uint)((16807 * (ulong)r[i - 1]) % 2147483647);
            }
            for (int i = 31; i < 34; i++)
            {
                r[i] = r[i - 31];
            }
            for (int i = 34; i < 344; i++)
            {
                r[i] = r[i - 31] + r[i - 3];
            }
        }

        n = 0;
    }

    public int Next()
    {
        unchecked
        {
            uint x = r[n % 344] = r[(n + 313) % 344] + r[(n + 341) % 344];
            n = (n + 1) % 344;
            return (int)(x >> 1);
        }
    }
}

Answer 3

这两种实现方式完全相同，只是它们使用不同的随机数据。

TYPE_0始终使用幻数1103515245和12345以及当前状态。

否则，它使用从随机数据池中获取的幻数。每次调用它都会在游泳池中走得更远。随着时间的推移，它会根据原始数据替换新的伪随机数，以便在环绕并再次开始行走时获取新数字。

glibc rand函数实现

3 个答案: