用随机数据填充内存区域

Question

我正在尝试以一种有效的方式使用rand 跨平台随机填充数据区域。这是我目前所拥有的：

/**********************************************\
*          Useful macro by Glen Ragen          *
* https://stackoverflow.com/a/39920811/5223757 *
\**********************************************/
#if 1 /* So that the IDE minifies it */
#define NEEDS_BIT(N, B)     (((unsigned long)N >> B) > 0)

#define BITS_TO_REPRESENT(N)                   \
        (NEEDS_BIT(N,  0) + NEEDS_BIT(N,  1) + \
         NEEDS_BIT(N,  2) + NEEDS_BIT(N,  3) + \
                         ...
         NEEDS_BIT(N, 60) + NEEDS_BIT(N, 61) + \
         NEEDS_BIT(N, 62) + NEEDS_BIT(N, 63)   \
        )
#endif /* So that the IDE minifies it */

typedef struct {
    size_t size; /* Size in bytes */
    void *pointer;
} data;

void fill_data_with_randomness(const data data) {
    for (size_t biti = 0; biti < data.size * 8; biti += BITS_TO_REPRESENT(RAND_MAX)) {
        /* Fill data.pointer with bits from rand() */
    }
}

RAND_MAX 是编译时常量，BITS_TO_REPRESENT(RAND_MAX) 也应该是。由于data 是const data 类型，data.size * 8 应该能够优化为调用时间常数，而不是在 for 循环的每次迭代中进行评估。

但是，位操作很慢，fill_data_with_randomness 函数会被非常频繁地调用。此函数应在 2^n-1 形式的任何 RAND_MAX 值的系统上编译并正确运行。有什么fill_data_with_randomness 函数可以快速用rand()mness 填充这个内存区域而不浪费位？

Answer 1

RAND_MAX 保证至少为 2¹⁵−1，因此通过一次调用 rand() 来填充整个字节是没有问题的，除非您的体系结构的字节大于15 位（在这种情况下，您的硬编码乘以 8 也会有问题）。

逐字节进行生成是直截了当的，不需要聪明的比特破解。

就个人而言，我不会担心调用rand() 会“浪费比特”；该标准库函数产生的位在大多数实现中并不值钱。真正的问题是决定丢弃哪些位，以便剩余的位合理分布。如果可能，为了应对通常使用的劣质 PRNG 范围，您应该选择中间位。

更好的解决方案可能是简单地提供您自己的 PRNG；存在可移植的源代码实现，其中一些已经得到很好的研究。