我现在正在用C 语言生成一个随机浮点数。

显然这是一件挺难的事，因为似乎没有真正的库来完成这个，只能通过stdlib的 rand() 这样的变通方法， 但这些方法常常会丢失精度，且无法覆盖IEEE 754的 32位浮点数的完整取值范围。

所以我的想法是用 rand() 生成一个32位的随机整数，然后让C 语言据此把它转换成一个浮点数。

换句话说，我想先生成一个随机的int32，再把这个整型位模式对应的浮点数值取出来。

示例：

• 1000 0100 1010 1010 1001 0111 1001 1110 = -2069194850
  (32位二进制补码整数)
• 1000 0100 1010 1010 1001 0111 1001 1110 = -4.01060463243591921024016E-36
  (IEEE 754的 32位浮点数)

既然底层都是32位，那么一定有办法让C 把这些原始位按 float 解释，而不是按 int，对吗？

但如果要做这样的原始位操作，真的可行吗？

我在找一个类似这样的函数：

float make_float_from_int32(int32_t);

解决方案

你可以很容易地写出代码，把32位的 int 的位重新解释为一个float，使用 union 或 memcpy，且没有额外开销：

#include <stdint.h>
#include <string.h>

static_assert(sizeof(float) == sizeof(int32_t), "unsupported architecture: float and int32_t have different sizes");

float reinterpret_int32(int32_t x) {
    float f;
    memcpy(&f, &x, sizeof f);
    return f;
}

但请注意以下几点：

• rand() 产生一个均匀分布的伪随机数集合，取值范围在 0 到 RAND_MAX 之间，可能小于 INT_MAX。
• 如果 int 是32位，那么在最理想的情况下也许只有31位随机数；但某些平台将 RAND_MAX 定义得更小，甚至小到 32767，因此只有15位随机数。即使把两个随机值组合在一起，也可能得到少于32位的随机数。
• 将这些位重新解释为一个 float 将产生取值范围和分布都截然不同的随机浮点数，例如仅正数，或者落在一个非常小的取值区间内。
• 生成的 float 值中很大一部分将是NaN，计算时不应使用它们，尤其是如果它们是signaling NaN，可能会触发浮点异常。
• float 与 int 的大小甚至可能不同，尽管这并不常见，同时位序和 float 的表示形式也可能不同。

如果你想在给定范围内得到均匀分布的 float 值，请使用除法：

#include <stdlib.h>

// produce a random float in a closed range
float rand_float1(float low, float high) {
    return low + (high - low) * rand() / RAND_MAX;
}

// produce a random float in a half open range (low included, high excluded)
// this function should be faster as the divisor is a power of 2
float rand_float2(float low, float high) {
    return low + (high - low) * rand() / ((long long)RAND_MAX + 1);
}

如果在你的目标系统上 double 运行起来很快，那么你将得到更好的精度：

#include <stdlib.h>

// produce a random float in a closed range
float rand_float1(float low, float high) {
    return (float)(low + (double)(high - low) * rand() / RAND_MAX);
}

// produce a random float in a half open range (low included, high excluded)
// this function should be faster as the divisor is a power of 2
float rand_float2(float low, float high) {
    return low + (double)(high - low) * rand() / ((long long)RAND_MAX + 1);
}