使用getrandom在C中随机浮动
我试图在0和1之间生成一个随机浮点数（无论是[0,1]还是[0,1]）对我来说都不重要。 关于这个的每个问题似乎涉及rand()调用，播种time(NULL) ，但我希望能够每秒多次调用我的程序并且每次都得到不同的随机数。 这引导我进入Linux中的getrandom系统调用，它来自/ dev / urandom。 我想出了这个：
#include #include #include #include int main() { uint32_t r = 0; for (int i = 0; i < 20; i++) { syscall(SYS_getrandom, &r, sizeof(uint32_t), 0); printf("%f\n", ((double)r)/UINT32_MAX); } return 0; }
我的问题是我是否正确地这样做。 它似乎有效，但我担心我会误用某些东西，并且接下来没有使用getrandom（）在线的例子。
OP有2个问题：
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如何非常随机地启动序列。
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如何在[0 … 1）范围内生成
double。
通常的方法是采用非常随机的源，如/dev/urandom或syscall()的结果，甚至可能是seed = time() ^ process_id; 和种子通过srand() 。 然后根据需要调用rand() 。
下面包括一个快速转换的方法来生成均匀[0.0 to 1.0) （线性分布）。 但是像所有随机生成函数一样，真正好的函数基于广泛的研究。 这个简单地根据DBL_MANT_DIG和RAND_MAX调用rand()几次，
[编辑]原始double rand_01(void)有一个弱点，它只生成2 ^ 52个不同的double s而不是2 ^ 53。 它已被修改。 替代方案：远远低于rand_01_ld(void)的double版本。
#include #include #include #include #include #include #include double rand_01(void) { assert(FLT_RADIX == 2); // needed for DBL_MANT_DIG unsigned long long limit = (1ull << DBL_MANT_DIG) - 1; double r = 0.0; do { r += rand(); // Assume RAND_MAX is a power-of-2 - 1 r /= (RAND_MAX/2 + 1)*2.0; limit = limit / (RAND_MAX/2 + 1) / 2; } while (limit); // Use only DBL_MANT_DIG (53) bits of precision. if (r < 0.5) { volatile double sum = 0.5 + r; r = sum - 0.5; } return r; } int main(void) { FILE *istream = fopen("/dev/urandom", "rb"); assert(istream); unsigned long seed = 0; for (unsigned i = 0; i < sizeof seed; i++) { seed *= (UCHAR_MAX + 1); int ch = fgetc(istream); assert(ch != EOF); seed += (unsigned) ch; } fclose(istream); srand(seed); for (int i=0; i<20; i++) { printf("%f\n", rand_01()); } return 0; }
如果想要扩展到更宽的FP，则无符号宽整数类型可能不足。 下面是一个没有这种限制的便携式方法。
long double rand_01_ld(void) { // These should be calculated once rather than each function call // Leave that as a separate implementation problem // Assume RAND_MAX is power-of-2 - 1 assert((RAND_MAX & (RAND_MAX + 1U)) == 0); double rand_max_p1 = (RAND_MAX/2 + 1)*2.0; unsigned BitsPerRand = (unsigned) round(log2(rand_max_p1)); assert(FLT_RADIX != 10); unsigned BitsPerFP = (unsigned) round(log2(FLT_RADIX)*LDBL_MANT_DIG); long double r = 0.0; unsigned i; for (i = BitsPerFP; i >= BitsPerRand; i -= BitsPerRand) { r += rand(); r /= rand_max_p1; } if (i) { r += rand() % (1 << i); r /= 1 << i; } return r; }
如果需要生成双精度数，可以使用以下算法：
CPython使用以下算法生成随机数 （ 我更改了函数名，typedef和返回值，但算法保持不变）：
double get_random_double() { uint32_t a = get_random_uint32_t() >> 5; uint32_t b = get_random_uint32_t() >> 6; return (a * 67108864.0 + b) * (1.0 / 9007199254740992.0); }
该算法的来源是Takuji Nishimura和Makoto Matsumoto的Mersenne Twister 19937随机数发生器。 不幸的是，源中提到的原始链接不再可供下载。
CPython中对此function的评论注意到以下内容：
[this function]是原始代码中名为genrand_res53的函数; 在[0,1]上生成一个53位分辨率的随机数; 注意
9007199254740992 == 2**53; 我假设它们拼写为“/2**53”，因为编译器会在编译时优化除法，这可能是徒劳的。67108864是2**26。 实际上，a包含27个随机位向左移位26，b填充53位分子的低26位。原始代码将Isaku Wada归功于此算法，2002/01/09
从该代码中简化，如果要快速创建float ，则应使用(1 << FLT_MANT_DIG) - 1屏蔽uint32_t的位并除以(1 << FLT_MANT_DIG)以获得正确的[0, 1)间隔：
#include #include #include #include #include int main() { uint32_t r = 0; float result; for (int i = 0; i < 20; i++) { syscall(SYS_getrandom, &r, sizeof(uint32_t), 0); result = (float)(r & ((1 << FLT_MANT_DIG) - 1)) / (1 << FLT_MANT_DIG); printf("%f\n", result); } return 0; }
由于可以假设你的Linux有一个C99编译器，我们可以使用ldexpf代替那个分区：
#include result = ldexpf(r & ((1 << FLT_MANT_DIG) - 1), -FLT_MANT_DIG);
要获得闭合间隔[0, 1] ，您可以稍微降低效率
result = ldexpf(r % (1 << FLT_MANT_DIG), -FLT_MANT_DIG);
为了快速生成大量高质量的随机数，我只需使用系统调用来获取足够的数据来为PRNG或CPRNG播种，然后从那里开始。