PHP的mt_rand()函数的最小值是多少，如何在32位Linux系统上计算32位整数

Question

mt_rand()函数的最小值是多少？32位和64位机器的值是否相同？如何使用mt_rand()生成32位整数（注意不需要高度随机）？

背景：我有一台64位开发物理服务器和一台32位生产VPS。刚意识到生产服务器没有生成跨越完整范围的PK。为了找出问题所在，我运行了以下脚本。64位机器从未（或者至少我从未见过）匹配，但32位机器大约有50%的匹配率。

<?php

date_default_timezone_set('America/Los_Angeles');
ini_set('display_errors', 1);
error_reporting(E_ALL);

$count=0;
for ($i = 0; $i <= 10000; $i++) {
    $rand=2147483648+mt_rand(-2147483647,2147483647); //Spans 1 to 4294967295 where 0 is reserved
    if($rand==2147483649){$count++;}
}
echo('mt_getrandmax()='.mt_getrandmax().' count='.$count);

输出

mt_getrandmax()=2147483647 count=5034

- user1032531

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生成PK（私钥） - PK指非对称密钥对中的私钥吗？ - VolkerK

@VolkerK PK=数据库表主键，是公开的。很多人会认为它甚至不需要是随机的，应该使用自增的PK，有些人会认为应该使用高度随机的PK，但我不敢问这样一个充满个人观点的问题 :) 我的唯一目的是让PK不会透露记录的年龄。 - user1032531

Answer 1

简要概述：要获取可能的所有整数范围内的随机整数，请使用以下方法：

function random_integer() {
    $min = defined('PHP_INT_MIN') ? PHP_INT_MIN : (-PHP_INT_MAX-1);
    return mt_rand($min, -1) + mt_rand(0, PHP_INT_MAX);
}

针对PHP 7，您可以使用random_int()函数。

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在底层实现 (1, 2)，PHP是这样实现的：

$number = random_number_between_0_and_0x7FFFFFFF_using_Mersenne_Twister;
$number = $min + (($max - $min + 1.0) * ($number / (0x7FFFFFFF + 1.0)));

注意 $max - $min。当最大值设置为顶部，并且最小值为任何负数时，会发生溢出。因此，最大的范围是PHP_INT_MAX。如果您的最大值是PHP_INT_MAX，则您的最小值必须为0。

现在让我们来看一下背景故事。PHP实现了32位Mersenne Twister算法。这使我们得到介于[0和2^31-1)之间的随机整数。如果您要求任何其他范围，则PHP使用一个简单的分箱函数对该数字进行缩放。该分箱函数包括可以导致溢出的减法，产生了这个问题。

因此，如果您想获得比PHP中的整数表示更大的范围，您必须将区间加在一起，如下所示：

mt_rand(PHP_INT_MIN, -1) + mt_rand(0, PHP_INT_MAX);

请注意，自PHP 7以来，PHP_INT_MIN可用，因此在那之前您需要计算适合您环境的最小值。

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另外，注意到2^31-1是getrandmax()返回的值。人们错误地认为，在64位机器上getrandmax()将返回2^63-1。这是不正确的。getrandmax()返回算法将返回的最大整数，该整数始终为2^31-1。

- bishop

Answer 2

您可以使用以下代码生成一个 32 位整数：

$rand = unpack("l", openssl_random_pseudo_bytes(4));

- OIS

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问题是，如果你只需要32位，为什么要浪费32字节的空间？ - Sven

确实。已更改为4个字节。 :) - OIS

我的随机需求非常低，而且我不希望为 openssl_random_pseudo_bytes() 所需要的服务器开销买单。请查看我在原帖下发表的评论。 - user1032531

Answer 3

这是PHP文档中提到的一个问题。

This works fine on 64 bit Linux:

  <?php
     printf ("%08x\n", mt_rand (0, 0xFFFFFFFF));
   ?>

but on our 32 bit Linux development server, it's always yielding 00000000.

On that same machine, this:

<?php
printf ("%08x\n", mt_rand (0, 0xFFFFFFF0));
?> 

seems to always yield either 00000000 or a number in the range fffffff2 to ffffffff. This:

<?php
printf ("%08x\n", mt_rand (0, 0xFFFFFF00));
?> 

gives numbers where the last two digits vary, and so on through at least 0xF0000000.

However, this:

<?php
   printf ("%08x\n", mt_rand (0, 0x7FFFFFFF));
?>

works fine

一个错误报告已经添加。

目前还没有消息表明PHP是否会修复这个问题。

在此期间，您可以在max_rand之间使用mt_rand函数，那么您应该就没问题了。

示例用法

$rand=mt_rand(1,2147483647)+mt_rand(0,2147483647); 

- cjds

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谢谢Carl，如果我找不到更好的解决方案，我打算像你提出的那样去做。我的主要担忧是我不知道这是发生了什么，我认为PHP文档应该得到更新。 - user1032531

我同意。我是在查看所有用户评论时发现了这个问题。希望他们能在下一个版本中修复它。 - cjds

我有什么遗漏吗？根据代码中的定义（https://github.com/php/php-src/blob/master/ext/standard/php_rand.h#L48），`mt_rand` 的最大值为[2 ** 31]（https://marc.info/?l=php-internals＆m=142889549207950＆w=2）。 - bishop

我很困惑。2**31等于2147483648。 - cjds

抱歉，我的意思是2的31次方减1，即(1 << 31) - 1和0x7FFFFFFF。 :) - bishop

注意，这里有一个补丁修复了这些已报告的错误。如果这些补丁在您的环境中能解决问题，请让我知道。 - bishop