Move GTrashStack out of gutils.[hc]
[platform/upstream/glib.git] / glib / grand.c
index 39741a8..4c0e0b4 100644 (file)
  * Nishimura.  Please mail <matumoto@math.keio.ac.jp>, if you're using
  * code from this file in your own programs or libraries.
  * Further information on the Mersenne Twister can be found at
- * http://www.math.keio.ac.jp/~matumoto/emt.html
- * This code was adapted to glib by Sebastian Wilhelmi <wilhelmi@ira.uka.de>.
+ * http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html
+ * This code was adapted to glib by Sebastian Wilhelmi.
  */
 
 /*
  * Modified by the GLib Team and others 1997-2000.  See the AUTHORS
  * file for a list of people on the GLib Team.  See the ChangeLog
  * files for a list of changes.  These files are distributed with
- * GLib at ftp://ftp.gtk.org/pub/gtk/.  
+ * GLib at ftp://ftp.gtk.org/pub/gtk/.
  */
 
-/* 
+/*
  * MT safe
  */
 
-#include <glib.h>
+#include "config.h"
+
 #include <math.h>
+#include <errno.h>
 #include <stdio.h>
+#include <string.h>
+#include <sys/types.h>
+#ifdef HAVE_UNISTD_H
+#include <unistd.h>
+#endif
+
+#include "grand.h"
+
+#include "genviron.h"
+#include "gmain.h"
+#include "gmem.h"
+#include "gtestutils.h"
+#include "gthread.h"
+#include "gthreadprivate.h"
+
+#ifdef G_OS_WIN32
+#include <process.h>           /* For getpid() */
+#endif
+
+/**
+ * SECTION:random_numbers
+ * @title: Random Numbers
+ * @short_description: pseudo-random number generator
+ *
+ * The following functions allow you to use a portable, fast and good
+ * pseudo-random number generator (PRNG). It uses the Mersenne Twister
+ * PRNG, which was originally developed by Makoto Matsumoto and Takuji
+ * Nishimura. Further information can be found at
+ * <ulink url="http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html">
+ * http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html</ulink>.
+ *
+ * If you just need a random number, you simply call the
+ * <function>g_random_*</function> functions, which will create a
+ * globally used #GRand and use the according
+ * <function>g_rand_*</function> functions internally. Whenever you
+ * need a stream of reproducible random numbers, you better create a
+ * #GRand yourself and use the <function>g_rand_*</function> functions
+ * directly, which will also be slightly faster. Initializing a #GRand
+ * with a certain seed will produce exactly the same series of random
+ * numbers on all platforms. This can thus be used as a seed for e.g.
+ * games.
+ *
+ * The <function>g_rand*_range</function> functions will return high
+ * quality equally distributed random numbers, whereas for example the
+ * <literal>(g_random_int()&percnt;max)</literal> approach often
+ * doesn't yield equally distributed numbers.
+ *
+ * GLib changed the seeding algorithm for the pseudo-random number
+ * generator Mersenne Twister, as used by
+ * <structname>GRand</structname> and <structname>GRandom</structname>.
+ * This was necessary, because some seeds would yield very bad
+ * pseudo-random streams.  Also the pseudo-random integers generated by
+ * <function>g_rand*_int_range()</function> will have a slightly better
+ * equal distribution with the new version of GLib.
+ *
+ * The original seeding and generation algorithms, as found in GLib
+ * 2.0.x, can be used instead of the new ones by setting the
+ * environment variable <envar>G_RANDOM_VERSION</envar> to the value of
+ * '2.0'. Use the GLib-2.0 algorithms only if you have sequences of
+ * numbers generated with Glib-2.0 that you need to reproduce exactly.
+ **/
+
+/**
+ * GRand:
+ *
+ * The #GRand struct is an opaque data structure. It should only be
+ * accessed through the <function>g_rand_*</function> functions.
+ **/
 
 G_LOCK_DEFINE_STATIC (global_random);
 static GRand* global_random = NULL;
@@ -58,6 +128,32 @@ static GRand* global_random = NULL;
 #define TEMPERING_SHIFT_T(y)  (y << 15)
 #define TEMPERING_SHIFT_L(y)  (y >> 18)
 
+static guint
+get_random_version (void)
+{
+  static gsize initialized = FALSE;
+  static guint random_version;
+
+  if (g_once_init_enter (&initialized))
+    {
+      const gchar *version_string = g_getenv ("G_RANDOM_VERSION");
+      if (!version_string || version_string[0] == '\000' || 
+         strcmp (version_string, "2.2") == 0)
+       random_version = 22;
+      else if (strcmp (version_string, "2.0") == 0)
+       random_version = 20;
+      else
+       {
+         g_warning ("Unknown G_RANDOM_VERSION \"%s\". Using version 2.2.",
+                    version_string);
+         random_version = 22;
+       }
+      g_once_init_leave (&initialized, TRUE);
+    }
+  
+  return random_version;
+}
+
 struct _GRand
 {
   guint32 mt[N]; /* the array for the state vector  */
@@ -81,6 +177,25 @@ g_rand_new_with_seed (guint32 seed)
 }
 
 /**
+ * g_rand_new_with_seed_array:
+ * @seed: an array of seeds to initialize the random number generator.
+ * @seed_length: an array of seeds to initialize the random number generator.
+ * 
+ * Creates a new random number generator initialized with @seed.
+ * 
+ * Return value: the new #GRand.
+ *
+ * Since: 2.4
+ **/
+GRand*
+g_rand_new_with_seed_array (const guint32 *seed, guint seed_length)
+{
+  GRand *rand = g_new0 (GRand, 1);
+  g_rand_set_seed_array (rand, seed, seed_length);
+  return rand;
+}
+
+/**
  * g_rand_new:
  * 
  * Creates a new random number generator initialized with a seed taken
@@ -92,18 +207,37 @@ g_rand_new_with_seed (guint32 seed)
 GRand* 
 g_rand_new (void)
 {
-  guint32 seed;
+  guint32 seed[4];
   GTimeVal now;
 #ifdef G_OS_UNIX
   static gboolean dev_urandom_exists = TRUE;
 
   if (dev_urandom_exists)
     {
-      FILE* dev_urandom = fopen("/dev/urandom", "rb");
+      FILE* dev_urandom;
+
+      do
+        {
+         errno = 0;
+         dev_urandom = fopen("/dev/urandom", "rb");
+       }
+      while G_UNLIKELY (errno == EINTR);
+
       if (dev_urandom)
        {
-         if (fread (&seed, sizeof (seed), 1, dev_urandom) != 1)
+         int r;
+
+         setvbuf (dev_urandom, NULL, _IONBF, 0);
+         do
+           {
+             errno = 0;
+             r = fread (seed, sizeof (seed), 1, dev_urandom);
+           }
+         while G_UNLIKELY (errno == EINTR);
+
+         if (r != 1)
            dev_urandom_exists = FALSE;
+
          fclose (dev_urandom);
        }       
       else
@@ -116,15 +250,22 @@ g_rand_new (void)
   if (!dev_urandom_exists)
     {  
       g_get_current_time (&now);
-      seed = now.tv_sec ^ now.tv_usec;
+      seed[0] = now.tv_sec;
+      seed[1] = now.tv_usec;
+      seed[2] = getpid ();
+#ifdef G_OS_UNIX
+      seed[3] = getppid ();
+#else
+      seed[3] = 0;
+#endif
     }
 
-  return g_rand_new_with_seed (seed);
+  return g_rand_new_with_seed_array (seed, 4);
 }
 
 /**
  * g_rand_free:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  *
  * Frees the memory allocated for the #GRand.
  **/
@@ -137,8 +278,33 @@ g_rand_free (GRand* rand)
 }
 
 /**
+ * g_rand_copy:
+ * @rand_: a #GRand.
+ *
+ * Copies a #GRand into a new one with the same exact state as before.
+ * This way you can take a snapshot of the random number generator for
+ * replaying later.
+ *
+ * Return value: the new #GRand.
+ *
+ * Since: 2.4
+ **/
+GRand *
+g_rand_copy (GRand* rand)
+{
+  GRand* new_rand;
+
+  g_return_val_if_fail (rand != NULL, NULL);
+
+  new_rand = g_new0 (GRand, 1);
+  memcpy (new_rand, rand, sizeof (GRand));
+
+  return new_rand;
+}
+
+/**
  * g_rand_set_seed:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  * @seed: a value to reinitialize the random number generator.
  *
  * Sets the seed for the random number generator #GRand to @seed.
@@ -148,24 +314,108 @@ g_rand_set_seed (GRand* rand, guint32 seed)
 {
   g_return_if_fail (rand != NULL);
 
-  /* setting initial seeds to mt[N] using         */
-  /* the generator Line 25 of Table 1 in          */
-  /* [KNUTH 1981, The Art of Computer Programming */
-  /*    Vol. 2 (2nd Ed.), pp102]                  */
-  
-  if (seed == 0) /* This would make the PRNG procude only zeros */
-    seed = 0x6b842128; /* Just set it to another number */
+  switch (get_random_version ())
+    {
+    case 20:
+      /* setting initial seeds to mt[N] using         */
+      /* the generator Line 25 of Table 1 in          */
+      /* [KNUTH 1981, The Art of Computer Programming */
+      /*    Vol. 2 (2nd Ed.), pp102]                  */
+      
+      if (seed == 0) /* This would make the PRNG procude only zeros */
+       seed = 0x6b842128; /* Just set it to another number */
+      
+      rand->mt[0]= seed;
+      for (rand->mti=1; rand->mti<N; rand->mti++)
+       rand->mt[rand->mti] = (69069 * rand->mt[rand->mti-1]);
+      
+      break;
+    case 22:
+      /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
+      /* In the previous version (see above), MSBs of the    */
+      /* seed affect only MSBs of the array mt[].            */
+      
+      rand->mt[0]= seed;
+      for (rand->mti=1; rand->mti<N; rand->mti++)
+       rand->mt[rand->mti] = 1812433253UL * 
+         (rand->mt[rand->mti-1] ^ (rand->mt[rand->mti-1] >> 30)) + rand->mti; 
+      break;
+    default:
+      g_assert_not_reached ();
+    }
+}
 
-  rand->mt[0]= seed & 0xffffffff;
-  for (rand->mti=1; rand->mti<N; rand->mti++)
-    rand->mt[rand->mti] = (69069 * rand->mt[rand->mti-1]) & 0xffffffff;
+/**
+ * g_rand_set_seed_array:
+ * @rand_: a #GRand.
+ * @seed: array to initialize with
+ * @seed_length: length of array
+ *
+ * Initializes the random number generator by an array of
+ * longs.  Array can be of arbitrary size, though only the
+ * first 624 values are taken.  This function is useful
+ * if you have many low entropy seeds, or if you require more then
+ * 32bits of actual entropy for your application.
+ *
+ * Since: 2.4
+ **/
+void
+g_rand_set_seed_array (GRand* rand, const guint32 *seed, guint seed_length)
+{
+  int i, j, k;
+
+  g_return_if_fail (rand != NULL);
+  g_return_if_fail (seed_length >= 1);
+
+  g_rand_set_seed (rand, 19650218UL);
+
+  i=1; j=0;
+  k = (N>seed_length ? N : seed_length);
+  for (; k; k--)
+    {
+      rand->mt[i] = (rand->mt[i] ^
+                    ((rand->mt[i-1] ^ (rand->mt[i-1] >> 30)) * 1664525UL))
+             + seed[j] + j; /* non linear */
+      rand->mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
+      i++; j++;
+      if (i>=N)
+        {
+         rand->mt[0] = rand->mt[N-1];
+         i=1;
+       }
+      if (j>=seed_length)
+       j=0;
+    }
+  for (k=N-1; k; k--)
+    {
+      rand->mt[i] = (rand->mt[i] ^
+                    ((rand->mt[i-1] ^ (rand->mt[i-1] >> 30)) * 1566083941UL))
+             - i; /* non linear */
+      rand->mt[i] &= 0xffffffffUL; /* for WORDSIZE > 32 machines */
+      i++;
+      if (i>=N)
+        {
+         rand->mt[0] = rand->mt[N-1];
+         i=1;
+       }
+    }
+
+  rand->mt[0] = 0x80000000UL; /* MSB is 1; assuring non-zero initial array */ 
 }
 
 /**
+ * g_rand_boolean:
+ * @rand_: a #GRand.
+ * @Returns: a random #gboolean.
+ *
+ * Returns a random #gboolean from @rand_. This corresponds to a
+ * unbiased coin toss.
+ **/
+/**
  * g_rand_int:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  *
- * Returns the next random #guint32 from @rand equally distributed over
+ * Returns the next random #guint32 from @rand_ equally distributed over
  * the range [0..2^32-1].
  *
  * Return value: A random number.
@@ -210,11 +460,11 @@ g_rand_int (GRand* rand)
 
 /**
  * g_rand_int_range:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  * @begin: lower closed bound of the interval.
  * @end: upper open bound of the interval.
  *
- * Returns the next random #gint32 from @rand equally distributed over
+ * Returns the next random #gint32 from @rand_ equally distributed over
  * the range [@begin..@end-1].
  *
  * Return value: A random number.
@@ -228,43 +478,72 @@ g_rand_int_range (GRand* rand, gint32 begin, gint32 end)
   g_return_val_if_fail (rand != NULL, begin);
   g_return_val_if_fail (end > begin, begin);
 
-  /* All tricks doing modulo calculations do not have a perfect
-   * distribution -> We must use the slower way through gdouble for
-   * maximal quality. */
-   
-  if (dist <= 0x10000L) /* 2^16 */
+  switch (get_random_version ())
     {
-      /* This method, which only calls g_rand_int once is only good
-       * for (end - begin) <= 2^16, because we only have 32 bits set
-       * from the one call to g_rand_int (). */
-
-      /* we are using (trans + trans * trans), because g_rand_int only
-       * covers [0..2^32-1] and thus g_rand_int * trans only covers
-       * [0..1-2^-32], but the biggest double < 1 is 1-2^-52. 
-       */
-
-      gdouble double_rand = g_rand_int (rand) * 
-       (G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM +
-        G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM * G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM);
-      
-      random = (gint32) (double_rand * dist);
-    }
-  else
-    {
-      /* Now we use g_rand_double_range (), which will set 52 bits for
-         us, so that it is safe to round and still get a decent
-         distribution */
-       random = (gint32) g_rand_double_range (rand, 0, dist);
-    }
+    case 20:
+      if (dist <= 0x10000L) /* 2^16 */
+       {
+         /* This method, which only calls g_rand_int once is only good
+          * for (end - begin) <= 2^16, because we only have 32 bits set
+          * from the one call to g_rand_int (). */
+         
+         /* we are using (trans + trans * trans), because g_rand_int only
+          * covers [0..2^32-1] and thus g_rand_int * trans only covers
+          * [0..1-2^-32], but the biggest double < 1 is 1-2^-52. 
+          */
+         
+         gdouble double_rand = g_rand_int (rand) * 
+           (G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM +
+            G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM * G_RAND_DOUBLE_TRANSFORM);
+         
+         random = (gint32) (double_rand * dist);
+       }
+      else
+       {
+         /* Now we use g_rand_double_range (), which will set 52 bits for
+            us, so that it is safe to round and still get a decent
+            distribution */
+         random = (gint32) g_rand_double_range (rand, 0, dist);
+       }
+      break;
+    case 22:
+      if (dist == 0)
+       random = 0;
+      else 
+       {
+         /* maxvalue is set to the predecessor of the greatest
+          * multiple of dist less or equal 2^32. */
+         guint32 maxvalue;
+         if (dist <= 0x80000000u) /* 2^31 */
+           {
+             /* maxvalue = 2^32 - 1 - (2^32 % dist) */
+             guint32 leftover = (0x80000000u % dist) * 2;
+             if (leftover >= dist) leftover -= dist;
+             maxvalue = 0xffffffffu - leftover;
+           }
+         else
+           maxvalue = dist - 1;
+         
+         do
+           random = g_rand_int (rand);
+         while (random > maxvalue);
+         
+         random %= dist;
+       }
+      break;
+    default:
+      random = 0;              /* Quiet GCC */
+      g_assert_not_reached ();
+    }      
  
   return begin + random;
 }
 
 /**
  * g_rand_double:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  *
- * Returns the next random #gdouble from @rand equally distributed over
+ * Returns the next random #gdouble from @rand_ equally distributed over
  * the range [0..1).
  *
  * Return value: A random number.
@@ -287,11 +566,11 @@ g_rand_double (GRand* rand)
 
 /**
  * g_rand_double_range:
- * @rand: a #GRand.
+ * @rand_: a #GRand.
  * @begin: lower closed bound of the interval.
  * @end: upper open bound of the interval.
  *
- * Returns the next random #gdouble from @rand equally distributed over
+ * Returns the next random #gdouble from @rand_ equally distributed over
  * the range [@begin..@end).
  *
  * Return value: A random number.
@@ -299,10 +578,20 @@ g_rand_double (GRand* rand)
 gdouble 
 g_rand_double_range (GRand* rand, gdouble begin, gdouble end)
 {
-  return g_rand_double (rand) * (end - begin) + begin;
+  gdouble r;
+
+  r = g_rand_double (rand);
+
+  return r * end - (r - 1) * begin;
 }
 
 /**
+ * g_random_boolean:
+ * @Returns: a random #gboolean.
+ *
+ * Returns a random #gboolean. This corresponds to a unbiased coin toss.
+ **/
+/**
  * g_random_int:
  *
  * Return a random #guint32 equally distributed over the range
@@ -405,4 +694,3 @@ g_random_set_seed (guint32 seed)
     g_rand_set_seed (global_random, seed);
   G_UNLOCK (global_random);
 }
-