Linux программирование в примерах
вернуться

Роббинс Арнольд
Шрифт:

12.6. Псевдослучайные числа

Многим приложениям нужны последовательности случайных чисел. Например, игровые программы, имитирующие бросание костей, раздачу карт или вращение барабанов игровой машины, нуждаются в возможности случайного выбора одного из возможных значений. (Подумайте о программе

fortune
, содержащей большую коллекцию афоризмов; каждый раз при запуске она «случайно» выдает новое высказывание.) Многие криптографические алгоритмы также требуют наличия случайных чисел «высокого качества». В данном разделе описываются различные способы получения последовательностей случайных чисел.

ЗАМЕЧАНИЕ. Природа случайности, генерация случайных чисел и их «качество» являются обширными темами, выходящими за рамки данной книги. Мы предоставляем введение в доступные функции API, но это все, что мы можем сделать Другие источники с более подробной информацией см в разделе 12.9 «Рекомендуемая литература»

Компьютеры по своему строению являются детерминистическими. Одно и то же вычисление с одними и теми же входными данными всегда должно давать одни и те же результаты. Соответственно, они не годятся для генерации истинно случайных чисел, то есть последовательностей чисел, в которых каждое число в последовательности полностью независимо от числа (или чисел), идущих перед ним. Вместо этого разновидности чисел, обычно используемых на программном уровне, называются псевдослучайными числами. То есть в любой данной последовательности номера выглядят независимыми друг от друга, но сама последовательность в целом повторяющаяся. (Эта повторяемость может быть ценным качеством; она обеспечивает детерминизм для программы в целом.)

Многие методы предоставления последовательностей псевдослучайных чисел работают посредством осуществления каждый раз одного и того же вычисления с начальным значением (seed). Сохраненное начальное значение затем обновляется для использования в следующий раз. API предоставляет способ указания нового начального значения. Каждое начальное значение дает одну и ту же последовательность псевдослучайных чисел, хотя различные начальные числа дают (должны давать) различные последовательности.

12.6.1. Стандартный С:

rand
и
srand

Стандартный С определяет две связанные функции для псевдослучайных чисел.

#include <stdlib.h> /* ISO С */

int rand(void);

void srand(unsigned int seed);

rand
каждый раз после вызова возвращает псевдослучайное число в диапазоне от 0 до
RAND_MAX
(включительно, насколько мы можем судить по стандарту C99). Константа
RAND_MAX
должна быть по крайней мере 32 767; она может быть больше.

srand
дает генератору случайных чисел в качестве начального значения
seed
. Если
srand
никогда не вызывался приложением,
rand
ведет себя так, как если бы seed был равен 1.

Следующая программа,

ch12-rand.c
, использует
rand
для вывода граней игральных костей.

1 /* ch12-rand.c --- генерирует игральные кости, используя rand. */

2

3 #include <stdio.h>

4 #include <stdlib.h>

5

6 char *die_faces[] = { /* Управляет ASCII графика! */

7 " ",

8 " * ", /* 1 */

9 " ",

10

11 " ",

12 " * * ", /* 2 */

13 " ",

14

15 " ",

16 " * * * ", /* 3 */

17 " ",

18

19 " * * ",

20 " ", /* 4 */

21 " * * ",

22

23 " * * ",

24 " * ", /* 5 */

25 " * * ",

26

27 " * * * ",

28 " ", /* 6 */

29 " * * * ",

30 };

31

32 /* main --- выводит N различных граней костей */

33

34 int main(int argc, char **argv)

35 {

36 int nfaces;

37 int i, j, k;

38

39 if (argc !=2) {

40 fprintf(stderr, "usage: %s number-die-faces\n", argv[0]);

41 exit(1);

42 }

43

44 nfaces = atoi(argv[1]);

45

46 if (nfaces <= 0) {