C random() & setstate 函数未按预期运行

Question

我不确定为什么这两个代码块会给出不同的输出：

unsigned int seed1 = 0;
char state1[256];
initstate(seed1, state1, 256);
printf("%10ld\n", random());
printf("%10ld\n", random());
// Gives:
// 1216130483
// 1950449197

对比

unsigned int seed1 = 0;
char state1[256];
initstate(seed1, state1, 256);
printf("%10ld\n", random());
setstate(state1);
printf("%10ld\n", random());
// Gives:
// 1216130483
// 625602885

我误解了 setstate() 的作用吗？

编辑： 有趣的是，看看这会带来什么：

unsigned int seed1 = 0;
char state1[256];
initstate(seed1, state1, 256);
printf("%10ld\n", random());
setstate(state1);
setstate(state1);
printf("%10ld\n", random());
// Gives:
// 1216130483
// 1950449197

Answer 1

两种实现都是正确的。

Setstate 只是将例程中的静态指针更改为指向您的缓冲区。

Initstate 可以做同样的事情，但也可以先改变缓冲区的内容。如果 PRNG 类似于 ARC4 或 Spritz，则缓冲区需要是一个排列，而不仅仅是任意位。如果 PRNG 是非线性加性反馈生成器，则至少需要设置状态中某处的低位之一，否则它将无法正常工作。并且一些库对状态缓冲区进行哈希处理，因此仅从种子+输出信息中就不容易判断正在使用哪种 PRNG。他们不需要；如果它使用的生成器是 LFSG 或不需要任何特定格式或对缓冲区有任何一致性需求的东西，lib 可以对 initstate 和 setstate 做完全相同的事情。但是，如果您不执行 initstate，并且您的操作系统使用具有此类需求的东西，那么您的可重复序列可能不会像您希望的那样不可预测。

Answer 2

我猜对initstate() 的调用不会也切换到该状态，但对setstate() 的调用会，这就是为什么后者的random() 调用返回一个从新状态生成的数字。

Answer 3

setstate 的 BSD 实现会在将辅助状态信息存储到旧缓冲区之前加载辅助状态信息，以进行错误检查。此外，initstate 和 setstate 是唯一更新此信息的函数。这意味着当使用相同的缓冲区时，loads stale state、stores the new data 和 updates the internal state with the former。以这种方式重复调用setstate 会交替旧存储状态和当前内部状态，导致调用两次时观察到的结果。

The comment for setstate 表示使用当前缓冲区调用它是可以的，所以要么这是预期的行为，要么是 decades old 错误。

注意，由于事情的执行顺序，调用是可以的 setstate() 与当前状态相同。

Answer 4

initstate() 告诉随机使用哪个缓冲区来存储信息 下一个随机数。您在调用random() 时会得到不同的答案，因为您的缓冲区state1[256] 中的信息已更改。查看以下代码的输出：

#define LEN (32)
void print_hex( char *b)
{
   int i;
   for( i=0; i < LEN; i++) printf("%02x ",((unsigned char *)b)[i]);     
   printf("\n");
}

main()
{
   char state1[256], state2[256], tmp[256];
   initstate( 42, state2, LEN);
   initstate( 62, state1, LEN) ;
   printf("buffer before random():\n");
   print_hex( state1 ) ;
   printf("%10ld\n", random());
   printf("buffer after random():\n");
   print_hex( state1 ) ;

   setstate( state2 ); // Now we are free to copy data from state1
   printf("buffer after setstate():\n");
   print_hex( state1 ) ;
   memcpy( tmp, state1, 256);
   printf("copied to tmp\n");

   setstate( state1 ); // Go on with original sequence
   printf("next random():\n") ;
   printf("%10ld\n", random());
   printf("next random():\n") ;
   printf("%10ld\n", random());

   setstate( state2 ) ; // Again, this allows us to play with data in state1
   memcpy( state1, tmp, 256);
   setstate( state1 ) ;
   printf("back copy:\n");
   printf("random() after copy:\n") ;
   printf("%10ld\n", random());
   printf("next random():\n") ;
   printf("%10ld\n", random());
}

这给出了输出：

buffer before random():
01 00 00 00 e7 22 1d 21 f1 62 9c 90 89 72 b5 89 35 2b 97 b5 76 8c ff a8 56 14 14 7b ba 19 d9 f7
1801070350
buffer after random():
01 00 00 00 e7 22 1d 21 f1 62 9c 90 89 72 b5 89 1c 4e b4 d6 76 8c ff a8 56 14 14 7b ba 19 d9 f7
buffer after setstate():
06 00 00 00 e7 22 1d 21 f1 62 9c 90 89 72 b5 89 1c 4e b4 d6 76 8c ff a8 56 14 14 7b ba 19 d9 f7
copied to tmp
next random():
 483260339
next random():
  40158063
back copy:
random() after copy:
 483260339
next random():
 40158063

您可以看到，在第一次调用random() 之后，缓冲区state1 的内容发生了变化。 random() 使用该区域来存储其状态。该状态被复制到缓冲区tmp。稍后我们将其复制回state1，并得到相同的随机数序列。 请注意，在您复制到应该用于随机数的缓冲区或从缓冲区复制之前，您必须使用 setstate() 或 initstate() 告诉 random() 停止使用该缓冲区。原因是当setstate()被调用时，旧的缓冲区被修改以允许它再次被setstate()加载。

因此，要获得与原始问题相同的答案，您必须使用：

unsigned int seed1 = 42;
char state1[256], tmp[256];
initstate(seed1, state1, 256);
printf("%10ld\n", random());
initstate( 0, tmp, 256); // <- notice this
setstate( state1 ) ;
printf("%10ld\n", random());