C rand()函数和ISAAC随机数生成器

Question

我用C语言写了一个程序，它使用了许多不同的随机数生成器，其中一个是艾萨克(可以在http://burtleburtle.net/bob/rand/isaacafa.html上找到)。它工作得很好，但问题是在rand.h中，rand()被重新定义为宏。在我的程序中，我还想使用标准的C rand()函数。我尝试将宏的名称更改为rand12()，但我在ISAAC中看不到调用该宏的任何其他位置，因此这不起作用。

您能否提供一些想法，让我既能保留标准的rand()函数，又能使用ISAAC？

Answer 1

假设标头rand.h包含：

#ifndef STANDARD
#include "standard.h"
#endif

#ifndef RAND
#define RAND
#define RANDSIZL   (8)
#define RANDSIZ    (1<<RANDSIZL)

/* context of random number generator */
struct randctx
{
  ub4 randcnt;
  ub4 randrsl[RANDSIZ];
  ub4 randmem[RANDSIZ];
  ub4 randa;
  ub4 randb;
  ub4 randc;
};
typedef  struct randctx  randctx;

/* If (flag==TRUE), then use the contents of randrsl[0..RANDSIZ-1] as the seed. */
void randinit(/*_ randctx *r, word flag _*/);

void isaac(/*_ randctx *r _*/);

/* Call rand(/o_ randctx *r _o/) to retrieve a single 32-bit random value */
#define rand(r) \
   (!(r)->randcnt-- ? \
     (isaac(r), (r)->randcnt=RANDSIZ-1, (r)->randrsl[(r)->randcnt]) : \
     (r)->randrsl[(r)->randcnt])

#endif  /* RAND */

您需要对代码做一些工作，以便能够将其与<stdlib.h>中的rand()一起使用。到ISAAC rand()的接口也不同于从<stdlib.h>到rand()的接口。

创建一个新的头文件"isaac.h"，它定义了封面函数来处理ISAAC系统的特性。

也许，如果您不打算在线程上下文中工作

#ifndef ISAAC_H_INCLUDED
#define ISAAC_H_INCLUDED

extern void isaac_init(unsigned long seed);
extern int  isaac_rand(void);

#endif

然后在isaac.c中实现这些函数，以便它们向下调用rand.h中定义的函数，并且isaac_rand()包含从rand.h调用rand()宏(从某个地方提供上下文，这就是非线程部分的用武之地)。您可以决定如何处理seed，或者是否更改种子设定机制。

然后，您可以在代码中使用isaac_init()和isaac_rand()函数，以及普通的rand()和srand()函数。

我还会升级rand.h中的代码，以便为包中的函数提供完整的原型。注释原型是在90年代中期第一次编写它时留下的，当时标准C编译器并不是所有人都可以访问的。标题中最早的日期是1996年；这正是标准C编译器几乎普遍可用的时候。

我注意到(上面删除的)头中的注释表明代码是在公共领域中；这意味着它是100%合法的，可以进行任何您需要的修改。

isaac.c

#include "isaac.h"
#include "rand.h"

static randctx control;

void isaac_init(unsigned long seed)
{
    assert(seed != 0);
    randinit(&control, FALSE);
}

int isaac_rand(void)
{
    return rand(&control);
}

这个实现忽略了您给出的种子，主要是因为这个结构需要8个32位的数字来给context结构(我称之为control)的randrsl成员提供种子。你可以这样做，比如在一行中使用种子值8次，而不是完全忽略它，或者每次都添加一些数字，或者其他任何更复杂的种子技术。您应该认真考虑使用/dev/urandom作为种子的来源：

#define DEV_URANDOM "/dev/urandom"

int ur = open(DEV_URANDOM, O_RDONLY);
if (ur >= 0)
{
    read(ur, control.randrsl, sizeof(control.randrsl));
    close(ur);
}

在调用randinit()之前，将此代码放入isaac_init()，并将FALSE更改为TRUE。您可能还会丢失isaac_init()函数的seed参数。

这给您留下了一个跟踪随机种子以获得可重复性的问题(这在调试时可能很重要)。不过，这要由你来解决--有多种方法可以做到这一点。您可能有两个初始化函数：void isaac_init(void)和void isaac_rsl(unsigned int *rsl)，它们接受一个包含8个unsigned int (或ub4)值的数组，并将其用作种子，而不是/dev/urandom的输出。或者，您可以传递一个空指针来表示“使用来自/dev/urandom的输出”，而传递一个非空指针来表示“使用我提供的值”。等。