Question

我对C中随机数生成器的实现感到有些困惑，这也明显不同于C ++中的随机数生成器

如果我理解正确，调用'srand（seed）'会以某种方式初始化一个隐藏变量（种子），该变量可以被'rand（）'访问，而后者又将该函数指向预先生成的序列，如为example this one。每次连续调用'rand（）'都会使序列前进（显然还有其他方法可以在C ++中前进），这也建议使用内部隐藏指针或计数器来跟踪进度。

我发现很多关于伪随机数生成算法如何工作以及函数rand（）和srand（）的文档的讨论，但是却无法找到有关这些隐藏参数及其行为的信息，除according to this source之外，它们不是线程安全的。

请问这里的任何人请详细说明这些参数是如何定义的，根据标准定义的行为应该是什么，或者他们的行为是否是实现定义的？
它们是否应该是调用rand（）和srand（）的函数/方法的本地？如果是这样，有没有办法将它们传达给另一个函数/方法？

如果您的答案特定于C或C ++，请非常友好地指出它。任何信息将不胜感激。请记住，这个问题不是关于predictability of data generated by rand() and srand()，而是关于内部变量的要求，状态和功能以及它们的可访问性和范围。

Answer 1

rand的要求是：

生成伪随机数。
范围是0到RAND_MAX（最小值32767）。
由srand()设置的种子确定返回的伪随机数序列。
它不需要是线程安全的，甚至不是可重入的，状态可以存储在静态变量中。

标准没有定义任何方法来恢复重播或其他任何内部状态。

对PRNG的实施没有要求，因此每个实现都有自己的实现，但Linear Congrueantial Generators是最受欢迎的。

这个dilbert条带中提供了一个符合（虽然可以说是无用的）实现：

http://dilbert.com/strips/comic/2001-10-25/

对于那些喜欢XKCD的人（它是任何C或C ++库的完美插件; - ））：

为完整起见，标准引用：

7.22.2.1 rand 功能

rand 函数计算0到0范围内的伪随机整数序列   的 RAND_MAX 即可。
   rand 函数不需要避免与其他伪随机调用的数据竞争   序列生成函数。实现应该表现得好像没有库函数   调用 rand 函数。
  [...]
   RAND_MAX 宏的值至少应为32767。

7.22.2.2 srand 功能

srand 函数使用该参数作为新随机伪随机序列的种子   后续调用 rand 返回的数字。如果随后调用 srand   在相同的种子值下，应重复伪随机数的序列。如果 rand 是   在对 srand 进行任何调用之前调用，应生成相同的序列   当第一次调用 srand 时，种子值为1   不需要 srand 函数来避免与其他伪随机调用的数据竞争   序列生成函数。实现应该表现得好像没有库函数   调用 srand 函数。

C ++包含rand，srand和RAND_MAX，不会因C标准的引用而改变。
有一些C ++库函数/类被明确记录，但使用C随机数生成器。

Answer 2

以下答案适用于C;特别是1999年的标准。

C99标准对rand＆amp;的实际实施细节非常清楚。 srand。它只是声明srand的参数“作为seed用于后续调用rand返回的新的伪随机数序列。”

在实践中，它通常的工作方式是：

C库定义了一个rand和srand用来跟踪PRNG状态的整数变量。
srand将状态变量设置为提供的值。
rand获取状态变量的值并对其执行一些数学魔术以产生两个新的整数：一个是它返回的伪随机数，另一个是状态变量的新值，从而影响对rand的下一次调用（假设在此之前未调用srand）。

C标准提供了展示此行为的rand和srand的可能实现示例：

static unsigned long int next = 1; 

int rand(void) // RAND_MAX assumed to be 32767 
{ 
    next = next * 1103515245 + 12345; 
    return (unsigned int)(next/65536) % 32768; 
} 

void srand(unsigned int seed) 
{ 
    next = seed; 
}

在C / C ++中实现随机数生成器

2 个答案:

7.22.2.1 rand 功能

7.22.2.2 srand 功能