Cprogramming 简明教程

Random Number Generation in C

C 中的 stdlib.h 库包括 rand() 函数，该函数返回一个随机整数，介于“0”和常量 RAND_MAX 之间。

rand() 函数生成伪随机数。它们并非真正的随机数。此函数基于线性同余生成器 (LCG) 算法工作。

int rand(void);

Example 1

以下代码调用 rand() 函数三次，每次都会返回一个不同的整数：

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

int main() {

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

   return 0;
}

Output

运行代码并检查其输出：

41
18467
6334

rand() 函数没有内置机制设置种子。默认情况下，它可能使用特定于系统的数值（通常基于程序启动的时间）。

Note ： srand() 函数用于通过向 rand() 函数提供种子来改善随机性。

Example 2

以下程序返回 0 到 100 之间的随机数。rand() 函数返回的随机整数用作分子，并计算其模 100 值以得到小于 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 \n", i, rand() % 100);
   }

   return 0;
}

Output

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

Example 3

您还可以获取给定范围内的随机数。您需要求出 rand() 除以范围跨度的模值，并将结果添加到该范围的较小值。

#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 \n", i,num);
   }

   return 0;
}

Output

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

The srand() Function

stdlib.h 库还包括 srand() 函数，该函数用于设置 rand() 函数的随机数生成器的种子。

您将使用以下 syntax 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，将被伪随机数生成器算法用作种子。

Note : 如果 srand() 没有初始化，那么 rand() 函数中的种子值被设置为 srand(1)。

通常，srand() 函数与由 time(NULL) 返回的值（代表从纪元以来的当前时间）一起用作一个参数，以提高 C 中的 rand() 生成的伪随机数的随机性。

由于时间值始终在改变，这将具有不同的种子值，从而导致更多样化的随机序列。结果，如果你多次生成随机数，那么每次都可能导致不同的随机值。

Example 1

请看以下示例：

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

int main() {

   srand(time(NULL));
   printf("Random number: %d \n", rand());

   return 0;
}

每次都将显示 0 到 RAND_MAX 之间的一个新随机整数。

Random number: 1436786055

Example 2

我们可以包含 srand() 以在给定范围内生成一个随机数。

#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 \n", i, num);
   }

   return 0;
}

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的随机。使用相同的种子，你总是会得到相同的序列。它还有一个有限的范围，因为它会在一个特定范围内（0 到 RAND_MAX）生成随机数。

为了提高随机性，你需要使用具有高度不可预测性的良好种子值，例如系统时间或高分辨率计时器。你还可以使用第三方库来获取更广泛范围的随机数。