clang - 糟糕的 rand() 实现

Question

我做了一个Pong 游戏，我必须随机投球。为此，我使用了内置的随机数生成器，并在 Ubuntu/GCC 中获得了不错的结果。将代码移植到 Mac 并编译时，球只会向一个方向投射，这意味着 clang 中的 rand() 函数没有按预期工作。

我已经恢复到自定义数字生成器，但这是游戏中原始有问题的代码：

srand(time(NULL));
float ang = ((float)rand())/RAND_MAX * 120 - 60;
int side = (int)(((float)rand())/RAND_MAX * 2);

经过进一步检查，我创建了以下测试程序并在两个平台上编译并运行它。

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

int main(int argc, char** argv) {
    while (1) {
        int now = time(NULL);
        printf("Time now is %d\n", now);
        srand(now);
        int random = rand();
        printf("Random number generated is %d\n", random);
        sleep(1);
    }
}

结果（根据RAND_MAX（两个系统上的2147483647）制表和计算）如下：

结果不言自明。虽然 clang 版本存在随机性，但与 RAND_MAX 的值相比，随机性很差，标准差为 0，而 gcc 的标准差为 0.328。

rand() 在 clang 上的这种不良行为的原因是什么？我还想在头文件中看到这个函数的参考实现。这似乎是不标准的，而且我一定不是唯一一个在使用这种方法将程序移植到 Mac 时遇到问题的人。在使用/依赖随机数生成器时，还有哪些其他设计原则是好的做法？

Answer 1

行为不正确的原因：

所以我不知道苹果的 rand 的 clang 实现的确切实现，但我知道它是作为 LCG 或线性同余生成器完成的。它的工作方式基本上是一个公式：

在公式中， 将是 RAND_MAX， 和 是编译器定义的一些常量。 Apple 的 Clang 分别使用了 16807 和 0。

rand() 的返回值为 ，rand() 的最后一个返回值或您在 srand() 中输入的值将是 。

如果您只想要一个数字序列，有点随机，这很有效，因为它最终会返回 0 和 RAND_MAX 之间的所有数字，而人类没有明显的模式。

但是，通过一些计算，您可以很容易地发现，如果您只是将一个连续的数字序列放在该公式中的 的位置（这就是您所做的），就会出现一些问题。每次调用rand() 之间的差异将完全等于，除非 实际上接近RAND_MAX。

---

正确使用方法：

通过rand()函数获取随机数的正确方法是在开始时只调用一次srand()，并且在循环中只使用rand()。

或者，您可以寻找许多其他随机生成公式，您可能可以在这里找到一些：How to generate a random int in C?