关于C#：为什么rand()+rand()产生负数？


Why does rand() + rand() produce negative numbers?

我注意到rand()库函数在一个循环中调用一次时，几乎总是产生正数。

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for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d
", rand());
}

但是当我添加两个rand()调用时，生成的数字现在有更多的负数。

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for (i = 0; i < 100; i++) {
    printf("%d = %d
", rand(), (rand() + rand()));
}

有人能解释为什么我在第二种情况下看到负数吗？

PS：我在循环之前初始化seed为srand(time(NULL))。

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rand()定义为返回0和RAND_MAX之间的整数。

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rand() + rand()

可能溢出。您所观察到的可能是由于整数溢出导致的未定义行为的结果。

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问题是增加了。rand()返回0...RAND_MAX的int值。所以，如果你再加上两个，你就可以得到RAND_MAX * 2。如果这超过了INT_MAX，则加法结果溢出了int所能容纳的有效范围。有符号值溢出是未定义的行为，可能会导致键盘用外语与您交谈。

由于在这里添加两个随机结果没有任何好处，所以简单的想法就是不要这样做。或者，您可以在加法之前将每个结果强制转换为unsigned int，如果这可以保持总和的话。或者使用更大的类型。请注意，long不一定比int宽，如果int至少是64位，那么long long也同样适用！

结论：避免添加。它没有提供更多的"随机性"。如果需要更多的位，可以连接值sum = a + b * (RAND_MAX + 1)，但这也可能需要比int更大的数据类型。

正如您所说的原因是要避免零结果：添加两个rand()调用的结果是无法避免的，因为这两个调用都可以为零。相反，您可以只增加。如果是RAND_MAX == INT_MAX，则不能在int中进行。然而，(unsigned int)rand() + 1将非常、非常有可能。很可能(不是决定性的)，因为它确实需要UINT_MAX > INT_MAX，这在我所知道的所有实现中都是正确的(它涵盖了过去30年中相当多的嵌入式体系结构、DSP以及所有桌面、移动和服务器平台)。

警告：

尽管这里已经有了一些评论，但是请注意，添加两个随机值并不能得到均匀的分布，而是一个三角形的分布，比如滚动两个骰子：要得到12(两个骰子)，两个骰子都必须显示6。对于11，已经有两种可能的变体：6 + 5或5 + 6等。

所以，从这方面来说，添加也是不好的。

还请注意，rand()生成的结果并不相互独立，因为它们是由伪随机数生成器生成的。还要注意，本标准并未规定计算值的质量或均匀分布。

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这是对在对本答案进行评论时澄清问题的回答，

the reason i was adding was to avoid '0' as the random number in my code. rand()+rand() was the quick dirty solution which readily came to my mind.

问题是要避免0。提出的解决方案至少有两个问题。一种是，正如其他答案所表明的那样，rand()+rand()可以引发未定义的行为。最好的建议是不要调用未定义的行为。另一个问题是，不能保证rand()不会连续生产两次0。

以下拒绝零，避免未定义的行为，在大多数情况下，将比两次调用rand()更快：

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int rnum;
for (rnum = rand(); rnum == 0; rnum = rand()) {}
// or do rnum = rand(); while (rnum == 0);
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基本上，rand()产生0和RAND_MAX之间的数字，在你的例子中，2 RAND_MAX > INT_MAX之间的数字。

您可以使用数据类型的最大值进行模数调整，以防止溢出。这当然会破坏随机数的分布，但rand只是一种获得快速随机数的方法。

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#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
    int i=0;

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %d
", rand(), ((rand() % (INT_MAX/2))+(rand() % (INT_MAX/2))));

    for (i=0; i<100; i++)
        printf(" %d : %ld
", rand(), ((rand() % (LONG_MAX/2))+(rand() % (LONG_MAX/2))));

    return 0;
}

也许你可以尝试一种比较复杂的方法，确保2 rand()的和返回的值永远不会超过rand_max的值。一种可能的方法是sum=rand()/2+rand()/2；这将确保对于rand_max值为32767的16位编译器，即使两个rand恰好返回32767，即使(32767/2=16383)16383+16383=32766，因此不会产生负和。

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the reason i was adding was to avoid '0' as the random number in my code. rand()+rand() was the quick dirty solution which readily came to my mind.

一个简单的解决方案(好吧，称之为"黑客")，它不会产生零结果，也不会溢出：

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x=(rand()/2)+1    // using divide  -or-
x=(rand()>>1)+1   // using shift which may be faster
                  // compiler optimization may use shift in both cases

这将限制您的最大值，但如果您不关心这一点，那么这应该对您很好。

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要避免0，请尝试以下操作：

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int rnumb = rand()%(INT_MAX-1)+1;

您需要包括limits.h。

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而其他人所说的可能溢出很可能是导致负的原因，即使使用无符号整数也是如此。真正的问题是使用时间/日期功能作为种子。如果你真的熟悉了这个功能，你就会知道我为什么这么说了。因为它真正做的是给出一个距离(经过的时间)从一个给定的日期/时间。虽然使用日期/时间功能作为rand()的种子是非常常见的做法，但它确实不是最佳选择。你应该寻找更好的选择，因为关于这个话题有很多理论，我不可能全部深入。你在这个等式中加上溢出的可能性，这种方法从一开始就注定要失败。

那些发布rand()+1的用户使用的是大多数人使用的解决方案，以确保他们不会得到负数。但是，这种方法也不是最好的方法。

你能做的最好的事情是花额外的时间来编写和使用适当的异常处理，并且只在结果为零时添加到rand()数字。并且，正确处理负数。rand()功能并不完美，因此需要与异常处理结合使用，以确保最终得到所需的结果。

花费额外的时间和精力来调查、研究和正确地实现rand()功能是非常值得花费时间和精力的。就我的两分钱。祝你好运…

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