随机数

rand();     //产生随机数
srand();    //设置随机数子种子

在C语言中,我们一般使用 <stdlib.h> 头文件中的 rand() 函数来生成随机数,它的用法为:

int rand(void);    //void 表示不需要传递参数

C语言中还有一个 random() 函数可以获取随机数,但是 random() 不是标准函数,不能在 VC/VS 等编译器通过,所以比较少用。

rand() 会随机生成一个位于 0 ~ RAND_MAX 之间的整数。

RAND_MAX 是 <stdlib.h> 头文件中的一个宏,它用来指明 rand() 所能返回的随机数的最大值。C语言标准并没有规定 RAND_MAX 的具体数值,只是规定它的值至少为 32767。在实际编程中,我们也不需要知道 RAND_MAX 的具体值,把它当做一个很大的数来对待即可。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int a = rand();
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}

随机数的本质

多次运行上面的代码,你会发现每次产生的随机数都一样,这是怎么回事呢?为什么随机数并不随机呢?

实际上,rand() 函数产生的随机数是伪随机数,是根据一个数值按照某个公式推算出来的,这个数值我们称之为“种子”。种子和随机数之间的关系是一种正态分布.如下图所示

C语言随机数和种子之间呈正态分布

种子在每次启动计算机时是随机的,但是一旦计算机启动以后它就不再变化了;也就是说,每次启动计算机以后,种子就是定值了,所以根据公式推算出来的结果(也就是生成的随机数)就是固定的。

重新播种

我们可以通过 srand() 函数来重新“播种”,这样种子就会发生改变。srand() 的用法为:

void srand (unsigned int seed);

它需要一个 unsigned int 类型的参数。在实际开发中,我们可以用时间作为参数,只要每次播种的时间不同,那么生成的种子就不同,最终的随机数也就不同。

使用 <time.h> 头文件中的 time() 函数即可得到当前的时间(精确到秒),就像下面这样:

srand((unsigned)time(NULL));

对上面的代码进行修改,生成随机数之前先进行播种:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand();
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

多次运行程序,会发现每次生成的随机数都不一样了。但是,这些随机数会有逐渐增大或者逐渐减小的趋势,这是因为我们以时间为种子,时间是逐渐增大的,结合上面的正态分布图,很容易推断出随机数也会逐渐增大或者减小。

生成一定范围内的随机数

在实际开发中,我们往往需要一定范围内的随机数,过大或者过小都不符合要求,那么,如何产生一定范围的随机数呢?我们可以利用取模的方法:

int a = rand() % 10;    //产生0~9的随机数,注意10会被整除

如果要规定上下限:

int a = rand() % 51 + 13;    //产生13~63的随机数

分析:取模即取余,rand()%51+13我们可以看成两部分:rand()%51是产生 0~50 的随机数,后面+13保证 a 最小只能是 13,最大就是 50+13=63。

所以我们想要生成指定范围的随机数的话就需要使用到求余运算符 %,这里有个规律:例如我们需要 0–10的随机数时,就写成 rand()%11,0–100就写成 rand()%101,就是运算符后的数字需要比需求范围极值大 1,当然这也是取余运算的原理。

最后给出产生 13~63 范围内随机数的完整代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main(){
    int a;
    srand((unsigned)time(NULL));
    a = rand() % 51 + 13;
    printf("%d\n",a);
    return 0;
}