C 语言随机数生成

C 语言的 stdlib.h 库包含 rand() 函数，该函数随机返回一个介于 0 和常量 RAND_MAX 之间的整数。

rand() 函数生成的是伪随机数，并非真正随机。该函数基于线性同余生成器 (LCG) 算法。

int rand(void);

示例 1

以下代码调用 rand() 函数三次，每次可能返回不同的整数 -

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main() {

   printf("%ld
", rand());
   printf("%ld
", rand());
   printf("%ld
", rand());

   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

41
18467
6334

rand() 函数没有内置设置种子的机制。默认情况下，它可能会使用系统特定值(通常基于程序启动时间)。

注意:srand() 函数用于通过为 rand() 函数提供种子来提高随机性。

示例 2

以下程序返回一个介于 0 到 100 之间的随机数。rand() 函数返回的随机整数用作分子，并将其与 100 进行 mod 运算，得出一个小于 100 的随机数。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main(){

   for(int i = 1; i <= 5; i++) {
      printf("random number %d: %d 
", i, rand() % 100);
   }

   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

random number 1: 41
random number 2: 67
random number 3: 34
random number 4: 0
random number 5: 69

示例 3

您也可以获取给定范围内的随机数。您需要将 rand() 的结果除以范围跨度，然后取模值，并将结果添加到给定范围内的较低值。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main() {

   int i, num;
   int lower=50, upper=100;

   for (i = 1; i <= 5; i++) {
      num = (rand() % (upper - lower + 1)) + lower;
      printf("random number %d: %d 
", i,num);
   }
   
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

random number 1: 91
random number 2: 55
random number 3: 60
random number 4: 81
random number 5: 94

srand() 函数

stdlib.h 库还包含 srand() 函数，用于为 rand() 函数随机数生成器提供种子。

您可以使用以下语法来使用 srand() 函数 -

void srand (unsigned seed);

或

int srand (unsigned int seed);

seed 参数是一个整数值，用作伪随机数生成器算法的种子。

注意:如果 srand() 未初始化，则 rand() 函数中的种子值将设置为 srand(1)。

通常，srand() 函数与 time(NULL) 返回的值(表示自纪元以来的当前时间)一起使用，以提高 C 语言中 rand() 生成的伪随机数的随机性。

由于时间值一直在变化，因此种子值也会不同，从而产生更多变化的随机序列。因此，如果多次生成随机数，则每次生成的随机值都可能不同。

示例 1

请看以下示例 -

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <time.h>

int main() {

   srand(time(NULL));
   printf("随机数: %d 
", rand());
   
   return 0;
}

输出

每次都会显示一个介于 0 到 RAND_MAX 之间的新随机整数。

随机数:1436786055

示例 2

我们可以包含 srand() 函数来生成给定范围内的随机数。

#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <time.h>

int main() {

   int i, num;
   time_t t;
   int lower = 100, upper = 200;
   srand((unsigned) time(&t));

   for (i = 1; i <=5; i++) {
      num = (rand() % (upper - lower + 1)) + lower;
      printf("random number number %d: %d 
", i, num);
   }
   
   return 0;
}

输出

运行代码并检查其输出 −

random number number 1: 147
random number number 2: 171
random number number 3: 173
random number number 4: 112
random number number 5: 181

rand() 函数提供的随机数生成并非真正随机。使用相同的种子，您始终会得到相同的序列。它生成的随机数范围有限，因为它会限制在特定范围内(0 到 RAND_MAX)。

为了提高随机性，您需要使用具有高不可预测性的种子值，例如系统时间或高精度计时器。您也可以使用第三方库来获取范围更广的随机数。