c - RAND_MAX 宏 : signed or unsigned?

Question

我查阅了 C 标准(自 1999 年起)，它只说 RAND_MAX 应该至少为 32767，但没有说明这个宏应该扩展为有符号整数还是无符号整数。单一 UNIX 规范(link 1、link 2)和 Linux 手册(link)没有增加任何清晰度。

有人会认为 RAND_MAX 应该是一个 signed int，因为这就是 rand() 返回的值。

但是，我发现一些编译器将其定义为无符号:

• 古老的 Turbo C++ 1.01:#define RAND_MAX 0x7FFFU
• 不太古老的 C++ Builder 5.5:#define RAND_MAX 0x7FFFU
• 仍然存在的 Open Watcom C/C++ 1.9:#define RAND_MAX 32767U
• DJGPP(适用于 DOS 的 gcc 3.3.4):#define RAND_MAX 2147483647
• MinGW(适用于 Windows 的 gcc 4.6.2):#define RAND_MAX 0x7FFF
• MS Visual Studio 2010 ( link ):RAND_MAX 定义为值 0x7fff
• Tiny C 编译器 0.9.25:#define RAND_MAX 0x7FFF
• lcc-win32 3.8: #define RAND_MAX 0x7fff
• Pelles C 6.50:#define RAND_MAX 0x3fffffff 或 #define RAND_MAX 0x7fff
• Digital Mars C/C++ 8.52:#define RAND_MAX 32767

这使得像下面这样看似无害的代码变得不可移植，并且由于已签名到未签名的升级而崩溃:

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

rand() 返回 [0,RAND_MAX] 范围内的 signed int。

如果 RAND_MAX 定义为 unsigned int，则 rand() 的值将提升为 unsigned int 也是。

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] & [UINT_MAX+1-RAND_MAX/2,UINT_MAX-1] 而不是是有符号整数的有符号差，其值在 [-RAND_MAX/2,RAND_MAX-RAND_MAX/2] 范围内。

无论如何，似乎 RAND_MAX 应该被签名并且大多数(？)编译器都这样定义它，但是是否有任何权威来源说它应该被签名？旧标准？ K＆R？另一个 UNIX 规范？

Answer 1

是的，这看起来像是标准中的缺陷。

首先，现在可能没有人会定义 rand() 来返回一个 int。意图显然是返回一个正数，并且没有错误返回可以使用负数返回。如果今天引入这样的函数，它将被设计为使用无符号整数类型作为返回类型。我的猜测是它早于 C89 和无符号整数概念在该语言中的引入。

然后，很明显，人们必须期望函数返回的最大值的定义与函数之一具有相同的类型。在其他地方，宏被很好地定义为扩展到具有特定类型的表达式，所以这在这里也是可能的。

至于你的问题，我认为最简单的方法是通过执行类似 rand()/( RAND_MAX+1.0) 并从那里导出所有计算。在任何情况下，如果您的平台没有更好的伪随机生成器可用，您应该仅将 rand() 用作最后的手段。例如，在 POSIX 系统上，rand48 系列是一个方便的替代品，具有详细描述的属性。