]> git.pond.sub.org Git - empserver/blob - src/lib/w32/random_r.c
Fix tiny error in distribution of die rolls
[empserver] / src / lib / w32 / random_r.c
1 /*
2  * Ported from GNU libc to Windows by Ron Koenderink, 2007
3  */
4
5 /*
6    Copyright (C) 1995, 2005 Free Software Foundation
7
8    The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
9    modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10    License as published by the Free Software Foundation; either
11    version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12
13    The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
14    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16    Lesser General Public License for more details.
17
18    You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19    License along with the GNU C Library; if not, write to the Free
20    Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA
21    02111-1307 USA.  */
22
23 /*
24    Copyright (C) 1983 Regents of the University of California.
25    All rights reserved.
26
27    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
28    modification, are permitted provided that the following conditions
29    are met:
30
31    1. Redistributions of source code must retain the above copyright
32       notice, this list of conditions and the following disclaimer.
33    2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
34       notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
35       documentation and/or other materials provided with the distribution.
36    4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
37       may be used to endorse or promote products derived from this software
38       without specific prior written permission.
39
40    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
41    ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
42    IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
43    ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
44    FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
45    DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
46    OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
47    HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
48    LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
49    OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
50    SUCH DAMAGE.*/
51
52 /*
53  * This is derived from the Berkeley source:
54  *      @(#)random.c    5.5 (Berkeley) 7/6/88
55  * It was reworked for the GNU C Library by Roland McGrath.
56  * Rewritten to be reentrant by Ulrich Drepper, 1995
57  */
58
59 //#include <limits.h>
60 //#include <stddef.h>
61 //#include <stdlib.h>
62 #include "random.h"
63 #include <errno.h>
64
65 /* An improved random number generation package.  In addition to the standard
66    rand()/srand() like interface, this package also has a special state info
67    interface.  The initstate() routine is called with a seed, an array of
68    bytes, and a count of how many bytes are being passed in; this array is
69    then initialized to contain information for random number generation with
70    that much state information.  Good sizes for the amount of state
71    information are 32, 64, 128, and 256 bytes.  The state can be switched by
72    calling the setstate() function with the same array as was initialized
73    with initstate().  By default, the package runs with 128 bytes of state
74    information and generates far better random numbers than a linear
75    congruential generator.  If the amount of state information is less than
76    32 bytes, a simple linear congruential R.N.G. is used.  Internally, the
77    state information is treated as an array of longs; the zeroth element of
78    the array is the type of R.N.G. being used (small integer); the remainder
79    of the array is the state information for the R.N.G.  Thus, 32 bytes of
80    state information will give 7 longs worth of state information, which will
81    allow a degree seven polynomial.  (Note: The zeroth word of state
82    information also has some other information stored in it; see setstate
83    for details).  The random number generation technique is a linear feedback
84    shift register approach, employing trinomials (since there are fewer terms
85    to sum up that way).  In this approach, the least significant bit of all
86    the numbers in the state table will act as a linear feedback shift register,
87    and will have period 2^deg - 1 (where deg is the degree of the polynomial
88    being used, assuming that the polynomial is irreducible and primitive).
89    The higher order bits will have longer periods, since their values are
90    also influenced by pseudo-random carries out of the lower bits.  The
91    total period of the generator is approximately deg*(2**deg - 1); thus
92    doubling the amount of state information has a vast influence on the
93    period of the generator.  Note: The deg*(2**deg - 1) is an approximation
94    only good for large deg, when the period of the shift register is the
95    dominant factor.  With deg equal to seven, the period is actually much
96    longer than the 7*(2**7 - 1) predicted by this formula.  */
97
98
99
100 /* For each of the currently supported random number generators, we have a
101    break value on the amount of state information (you need at least this many
102    bytes of state info to support this random number generator), a degree for
103    the polynomial (actually a trinomial) that the R.N.G. is based on, and
104    separation between the two lower order coefficients of the trinomial.  */
105
106 /* Linear congruential.  */
107 #define TYPE_0          0
108 #define BREAK_0         8
109 #define DEG_0           0
110 #define SEP_0           0
111
112 /* x**7 + x**3 + 1.  */
113 #define TYPE_1          1
114 #define BREAK_1         32
115 #define DEG_1           7
116 #define SEP_1           3
117
118 /* x**15 + x + 1.  */
119 #define TYPE_2          2
120 #define BREAK_2         64
121 #define DEG_2           15
122 #define SEP_2           1
123
124 /* x**31 + x**3 + 1.  */
125 #define TYPE_3          3
126 #define BREAK_3         128
127 #define DEG_3           31
128 #define SEP_3           3
129
130 /* x**63 + x + 1.  */
131 #define TYPE_4          4
132 #define BREAK_4         256
133 #define DEG_4           63
134 #define SEP_4           1
135
136
137 /* Array versions of the above information to make code run faster.
138    Relies on fact that TYPE_i == i.  */
139
140 #define MAX_TYPES       5       /* Max number of types above.  */
141
142 struct random_poly_info
143 {
144   int seps[MAX_TYPES];
145   int degrees[MAX_TYPES];
146 };
147
148 static const struct random_poly_info random_poly_info =
149 {
150   { SEP_0, SEP_1, SEP_2, SEP_3, SEP_4 },
151   { DEG_0, DEG_1, DEG_2, DEG_3, DEG_4 }
152 };
153
154
155
156
157 /* Initialize the random number generator based on the given seed.  If the
158    type is the trivial no-state-information type, just remember the seed.
159    Otherwise, initializes state[] based on the given "seed" via a linear
160    congruential generator.  Then, the pointers are set to known locations
161    that are exactly rand_sep places apart.  Lastly, it cycles the state
162    information a given number of times to get rid of any initial dependencies
163    introduced by the L.C.R.N.G.  Note that the initialization of randtbl[]
164    for default usage relies on values produced by this routine.  */
165 int
166 __srandom_r (seed, buf)
167      unsigned int seed;
168      struct random_data *buf;
169 {
170   int type;
171   int32_t *state;
172   long int i;
173   long int word;
174   int32_t *dst;
175   int kc;
176
177   if (buf == NULL)
178     goto fail;
179   type = buf->rand_type;
180   if ((unsigned int) type >= MAX_TYPES)
181     goto fail;
182
183   state = buf->state;
184   /* We must make sure the seed is not 0.  Take arbitrarily 1 in this case.  */
185   if (seed == 0)
186     seed = 1;
187   state[0] = seed;
188   if (type == TYPE_0)
189     goto done;
190
191   dst = state;
192   word = seed;
193   kc = buf->rand_deg;
194   for (i = 1; i < kc; ++i)
195     {
196       /* This does:
197            state[i] = (16807 * state[i - 1]) % 2147483647;
198          but avoids overflowing 31 bits.  */
199       long int hi = word / 127773;
200       long int lo = word % 127773;
201       word = 16807 * lo - 2836 * hi;
202       if (word < 0)
203         word += 2147483647;
204       *++dst = word;
205     }
206
207   buf->fptr = &state[buf->rand_sep];
208   buf->rptr = &state[0];
209   kc *= 10;
210   while (--kc >= 0)
211     {
212       int32_t discard;
213       (void) __random_r (buf, &discard);
214     }
215
216  done:
217   return 0;
218
219  fail:
220   return -1;
221 }
222
223 weak_alias (__srandom_r, srandom_r)
224
225 /* Initialize the state information in the given array of N bytes for
226    future random number generation.  Based on the number of bytes we
227    are given, and the break values for the different R.N.G.'s, we choose
228    the best (largest) one we can and set things up for it.  srandom is
229    then called to initialize the state information.  Note that on return
230    from srandom, we set state[-1] to be the type multiplexed with the current
231    value of the rear pointer; this is so successive calls to initstate won't
232    lose this information and will be able to restart with setstate.
233    Note: The first thing we do is save the current state, if any, just like
234    setstate so that it doesn't matter when initstate is called.
235    Returns a pointer to the old state.  */
236 int
237 __initstate_r (seed, arg_state, n, buf)
238      unsigned int seed;
239      char *arg_state;
240      size_t n;
241      struct random_data *buf;
242 {
243   int32_t *old_state;
244   int type;
245   int degree;
246   int separation;
247   int32_t *state;
248
249   if (buf == NULL)
250     goto fail;
251
252   old_state = buf->state;
253   if (old_state != NULL)
254     {
255       int old_type = buf->rand_type;
256       if (old_type == TYPE_0)
257         old_state[-1] = TYPE_0;
258       else
259         old_state[-1] = (MAX_TYPES * (buf->rptr - old_state)) + old_type;
260     }
261
262   if (n >= BREAK_3)
263     type = n < BREAK_4 ? TYPE_3 : TYPE_4;
264   else if (n < BREAK_1)
265     {
266       if (n < BREAK_0)
267         {
268           __set_errno (EINVAL);
269           goto fail;
270         }
271       type = TYPE_0;
272     }
273   else
274     type = n < BREAK_2 ? TYPE_1 : TYPE_2;
275
276   degree = random_poly_info.degrees[type];
277   separation = random_poly_info.seps[type];
278
279   buf->rand_type = type;
280   buf->rand_sep = separation;
281   buf->rand_deg = degree;
282   state = &((int32_t *) arg_state)[1];  /* First location.  */
283   /* Must set END_PTR before srandom.  */
284   buf->end_ptr = &state[degree];
285
286   buf->state = state;
287
288   __srandom_r (seed, buf);
289
290   state[-1] = TYPE_0;
291   if (type != TYPE_0)
292     state[-1] = (buf->rptr - state) * MAX_TYPES + type;
293
294   return 0;
295
296  fail:
297   __set_errno (EINVAL);
298   return -1;
299 }
300
301 weak_alias (__initstate_r, initstate_r)
302
303 /* Restore the state from the given state array.
304    Note: It is important that we also remember the locations of the pointers
305    in the current state information, and restore the locations of the pointers
306    from the old state information.  This is done by multiplexing the pointer
307    location into the zeroth word of the state information. Note that due
308    to the order in which things are done, it is OK to call setstate with the
309    same state as the current state
310    Returns a pointer to the old state information.  */
311 int
312 __setstate_r (arg_state, buf)
313      char *arg_state;
314      struct random_data *buf;
315 {
316   int32_t *new_state = 1 + (int32_t *) arg_state;
317   int type;
318   int old_type;
319   int32_t *old_state;
320   int degree;
321   int separation;
322
323   if (arg_state == NULL || buf == NULL)
324     goto fail;
325
326   old_type = buf->rand_type;
327   old_state = buf->state;
328   if (old_type == TYPE_0)
329     old_state[-1] = TYPE_0;
330   else
331     old_state[-1] = (MAX_TYPES * (buf->rptr - old_state)) + old_type;
332
333   type = new_state[-1] % MAX_TYPES;
334   if (type < TYPE_0 || type > TYPE_4)
335     goto fail;
336
337   buf->rand_deg = degree = random_poly_info.degrees[type];
338   buf->rand_sep = separation = random_poly_info.seps[type];
339   buf->rand_type = type;
340
341   if (type != TYPE_0)
342     {
343       int rear = new_state[-1] / MAX_TYPES;
344       buf->rptr = &new_state[rear];
345       buf->fptr = &new_state[(rear + separation) % degree];
346     }
347   buf->state = new_state;
348   /* Set end_ptr too.  */
349   buf->end_ptr = &new_state[degree];
350
351   return 0;
352
353  fail:
354   __set_errno (EINVAL);
355   return -1;
356 }
357
358 weak_alias (__setstate_r, setstate_r)
359
360 /* If we are using the trivial TYPE_0 R.N.G., just do the old linear
361    congruential bit.  Otherwise, we do our fancy trinomial stuff, which is the
362    same in all the other cases due to all the global variables that have been
363    set up.  The basic operation is to add the number at the rear pointer into
364    the one at the front pointer.  Then both pointers are advanced to the next
365    location cyclically in the table.  The value returned is the sum generated,
366    reduced to 31 bits by throwing away the "least random" low bit.
367    Note: The code takes advantage of the fact that both the front and
368    rear pointers can't wrap on the same call by not testing the rear
369    pointer if the front one has wrapped.  Returns a 31-bit random number.  */
370
371 int
372 __random_r (buf, result)
373      struct random_data *buf;
374      int32_t *result;
375 {
376   int32_t *state;
377
378   if (buf == NULL || result == NULL)
379     goto fail;
380
381   state = buf->state;
382
383   if (buf->rand_type == TYPE_0)
384     {
385       int32_t val = state[0];
386       val = ((state[0] * 1103515245) + 12345) & 0x7fffffff;
387       state[0] = val;
388       *result = val;
389     }
390   else
391     {
392       int32_t *fptr = buf->fptr;
393       int32_t *rptr = buf->rptr;
394       int32_t *end_ptr = buf->end_ptr;
395       int32_t val;
396
397       val = *fptr += *rptr;
398       /* Chucking least random bit.  */
399       *result = (val >> 1) & 0x7fffffff;
400       ++fptr;
401       if (fptr >= end_ptr)
402         {
403           fptr = state;
404           ++rptr;
405         }
406       else
407         {
408           ++rptr;
409           if (rptr >= end_ptr)
410             rptr = state;
411         }
412       buf->fptr = fptr;
413       buf->rptr = rptr;
414     }
415   return 0;
416
417  fail:
418   __set_errno (EINVAL);
419   return -1;
420 }
421
422 weak_alias (__random_r, random_r)