在C / C ++中实现随机数生成器[重复]

Question

这个问题在这里已有答案：

• 可以使用rand（）来生成可预测的数据吗？ 4个答案

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

如果我理解正确的话，对'srand（seed）'的调用会以某种方式初始化一个可由'rand（）'访问的隐藏变量（种子），而后者又将该函数指向预先生成的序列， 例如this一个 。 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 ++中推进），这也建议使用内部隐藏指针或计数器来跟踪进度。

我已经找到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，但是没有能够找到关于这些隐藏参数及其行为的信息，除了事实上， 根据这个来源 ，它们不是线程安全的。

1. 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，或者它们的行为是否是实现定义的？

2. 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rand（）和srand（）生成的数据的可预测性 ，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

对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是可重入的，状态可以存储在静态变量中。

该标准没有定义任何方法来恢复重播或其他任何内部状态。

没有要求PRNG的实现，所以每个实现都有自己的，尽管线性同余发生器是最受欢迎的。

这个dilbert条带中提供了一个符合（但可以说是无用的）实现：

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

或者对于喜欢XKCD的人（这是任何C或C ++库的完美插件;-)）：

为完整起见，标准报价：

7.22.2.1 兰特函数

rand函数计算0到RAND_MAX范围内的伪随机整数序列。
不需要rand函数来避免数据争用以及对伪随机序列生成函数的其他调用。 该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函数

srand函数使用该参数作为后续调用rand返回的新伪随机数序列的种子。 如果随后使用相同的种子值调用srand ，则应重复伪随机数序列。 如果在对srand进行任何调用之前调用rand ，则应该生成相同的序列，就像第一次使用种子值1调用srand时一样。
srand函数不需要避免与其他调用伪随机序列生成函数的数据竞争。 该实现应该表现得好像没有库函数调用srand函数。

C ++包括rand ， srand和RAND_MAX无需通过C标准的引用进行更改。
有一些C ++库函数/类明确记录下来使用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 ＆ srand实际实现细节非常srand 。 它只是声明srand的参数被用作“随后对rand调用返回的新的伪随机数序列的种子 ”。

在实践中，它通常的工作方式是：

• C库定义了一个整数变量， rand和srand用它来跟踪PRNG的状态。
• 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，从而影响下一个调用rand （假设在此之前没有调用srand ）。

C标准给出了rand和srand的可能实现的示例，它表现出这种行为：

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; 
}