以无符号为模的数组环绕答案

【问题标题】：Array wraparound with modulo of unsigned以无符号为模的数组环绕
【发布时间】：2011-04-26 22:27:48
【问题描述】：

我正在尝试实现一个lagged Fibonacci 伪随机数生成器，以生成最大整数。它维护一个值数组

int values[SIZE] = { /* 55 seed values */ };

并使用以下函数返回下一个值

unsigned lagfib()
{
    static unsigned idx = 0;
    int r = values[idx];

    /* The following does not work: */
    values[idx] = (values[(idx-24) % SIZE] + values[(idx-55) % SIZE])
                 % MAX_VALUE;
    idx = (idx+1) % SIZE;
    return r;
}

实际上，values 应该是一个始终满的简单环形缓冲区。减法和模数应该将索引环绕到数组的末尾。 SIZE 应始终至少为 55，但我想四舍五入到 64 以加快模数。

但显然，我的模数计算有误，我不知道如何解决。将索引类型更改为 int 并没有改善。

（PS.：是的，static 数据风格不好，但我希望这对 C 和 C++ 程序员都可读，因为它适用于两种语言。）

【问题讨论】：

为什么 static 数据风格不好（在 C 中，或者您的意思是仅 C++）？
在 C 中这也是一种糟糕的风格，因为它会导致代码不可重入。
@endolith：因为它使代码非线程安全。
@larsmans：为什么这么糟糕？或者更确切地说，什么时候不好？如果语言结构总是不好，就不会存在，不是吗？
@endolith：我倾向于以线程安全的方式编写代码，除非我在这种情况下进行实验。所以是的，static 有一个用途，就是这样，但这只是一个一次性程序。

标签： c++ c arrays random circular-buffer

【解决方案1】：

让我们来看看idx = 0 和SIZE = 64。

(idx-24) % SIZE 将是一个非常大的值（4294967272 用于 32 位 int），因为 idx 是无符号的，使其成为无效索引。

要获得圆形效果，您应该在取模之前添加SIZE：

(idx-24+SIZE) % SIZE 将是 (0-24+64)%64，其计算结果为 40。

【讨论】：

【解决方案2】：

您正在访问具有负索引的值。例如：

-24 % 55 == -24

所以你需要一些逻辑来环绕到数组的末尾。 C/C++ 不会为您执行此操作。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果例如idx 小于 24，您将环绕到 unsigned int 的数字范围的另一端。 55 不是例如的除数2^32，所以这不会给你正确的结果。

我可以看到两个选项：

维护三个独立的idx变量，分别偏移24和55。
例如(idx - 24 + SIZE) % SIZE。

实际上，我会选择第一个选项，并通过将增量重写为完全避免模数：

idx = ((SIZE-1) == idx) ? 0 : (idx+1);

这可能比计算模数要快。

【讨论】：

+1 并被接受，但我假设模 64 被编译为位掩码操作。我真的应该刷新我的模运算。
@larsmans：哦，你的代码中确实有SIZE == 64？
@larsmans：顺便说一句，您是否考虑到您的种子值需要以“反向”顺序排列？
回到SIZE=55，注意到idx + 55 - SIZE现在是idx，所以我只需要两个索引。非常感谢！