RAND_MAX宏：有符号还是无符号？

Question

RAND_MAX宏：有符号还是无符号？

c

14

我已经查阅了1999年的C标准，它仅规定RAND_MAX应至少为32767，但未说明此宏是否应展开为有符号或无符号整数。单一UNIX规范(link 1，link 2)和Linux man(link)没有提供任何明确的解释。

人们可能认为RAND_MAX应该是一个有符号整数，因为这就是rand()返回的类型。

然而，我发现一些编译器将其定义为无符号整数：

古老的Turbo C++ 1.01：#define RAND_MAX 0x7FFFU
不太古老的C++ Builder 5.5：#define RAND_MAX 0x7FFFU
仍然活跃的Open Watcom C/C++ 1.9：#define RAND_MAX 32767U
DJGPP（DOS下的gcc 3.3.4）：#define RAND_MAX 2147483647
MinGW（Windows下的gcc 4.6.2）：#define RAND_MAX 0x7FFF
MS Visual Studio 2010（link）：RAND_MAX被定义为值0x7fff
Tiny C Compiler 0.9.25：#define RAND_MAX 0x7FFF
lcc-win32 3.8：#define RAND_MAX 0x7fff
Pelles C 6.50：#define RAND_MAX 0x3fffffff 或者 #define RAND_MAX 0x7fff
Digital Mars C/C++ 8.52：#define RAND_MAX 32767

这使得看似无害的代码（如下所示）变得不可移植，并因有符号到无符号的提升而崩溃：

cos(w * t) + (rand() - RAND_MAX / 2) * 0.1 / (RAND_MAX / 2);

rand()返回一个在[0,RAND_MAX]范围内的有符号整数。

如果RAND_MAX被定义为unsigned int，那么rand()的值也会提升为unsigned int。

如果是这种情况，差值(rand() - RAND_MAX / 2)将成为无符号整数的无符号差值，其值在[0,RAND_MAX-RAND_MAX/2]和[UINT_MAX+1-RAND_MAX/2,UINT_MAX-1]范围内，而不是有符号整数的有符号差值，其值在[-RAND_MAX/2,RAND_MAX-RAND_MAX/2]范围内。

总之，RAND_MAX应该是有符号的，大多数编译器都这样定义，但是否有任何权威来源表明它应该是有符号的？旧标准？K&R？其他UNIX规范？

- Alexey Frunze

Plaguer和Brodie（1989）的书《标准C》关于ANSI / ISO标准说RAND_MAX是<integer constant expression ≥ 32767>。 K＆R的《C编程语言》（第2版1988年）仅在与int rand()函数相关时提到它，称后者返回范围在0到RAND_MAX之间的值。听起来对我来说是有符号的。 - martineau

@martineau 对我来说听起来不明确。integer并不仅指int，unsigned和int一样是integer。 - Alexey Frunze

一个不带修饰的int等同于signed或signed int，因此将相同的规则与语言规范中“整数”一词的所有用法相关联是合理的。除此之外，RAND_MAX唯一的目的是用于描述int rand()函数返回值的限制，这进一步加强了这种假设。也就是说，为什么要将某个东西定义为只用于指定库函数返回值可能的范围，而该库函数返回的是一个signed类型的数量呢？ - martineau

除了标准不禁止它（即允许它）之外，我不知道为什么。整个问题的重点是要找到一个当前标准（或其前身，包括K＆R）中明确要求RAND_MAX必须是有符号（甚至是无符号）或明确允许为有符号或无符号的地方，而不是一个合理的假设（这一部分我们没有问题）。目前的措辞隐含地允许两者。这可能是出于历史（兼容性）原因，以免使现有的无符号实现失效。 - Alexey Frunze

2个回答

3

答案是：该代码做出了不必要的假设，因此需要进行修复。该代码应在使用时将RAND_MAX强制转换为(int)。

虽然编译器将其RAND_MAX宏定义为有符号数会更有意义，但标准仔细避免要求这样做。这使得任何代码盲目地假定它是有符号数都存在可移植性问题。

- HBB

由于迄今为止没有人找到关于主要问题“有符号还是无符号”的权威答案，而且已经过了足够长的时间，看起来这似乎是标准中的一个缺陷，我认为现在可以关闭这个问题了。因为其他答案表达了额外的假设，我认为这些假设是不合理的，所以我选择了你的答案。 - Alexey Frunze

我不同意这是一个“毫无根据的假设”。请看我在问题下面的评论。 - martineau

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Jens Gustedt · Accepted Answer

是的，这看起来像是标准中的一个缺陷。

首先，现在可能没有人会定义rand()返回int。显然意图是返回正数，并且没有错误返回可以使用负返回值。如果今天引入这样的函数，它将被设计为无符号整数类型作为返回类型。我猜这比C89和引入语言中无符号整数的概念要早。

然后，很明显，必须预期函数返回的最大值的定义具有与函数相同的类型。在其他地方，宏被定义为扩展到带有某种类型的表达式，因此在此处也是可能的。

至于你的问题，我认为最容易实现可移植性的方法是首先将值缩放到[0，1)之间的双精度浮点数中，例如通过执行rand() / (RAND_MAX + 1.0)，然后从那里派生出所有的计算。无论如何，如果您的平台没有更好的伪随机生成器可用，您应该仅在最后一步使用rand()。例如，在POSIX系统上，rand48系列是一个方便的替代方案，具有良好的描述属性。