C语言生成随机数

首先需要说明的是,计算机中生成的随机数严格来说都是伪随机,即非真正的随机数,真正随机数的随机样本不可重现。那么我们来看看代码中有哪些方式可以生成随机数。

rand

rand函数声明如下:

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#include <stdlib.h>
int rand(void);

rand函数返回[0,RAND_MAX)范围的随机整数,在我的机器上,RAND_MAX为2147483647。
使用示例:

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/*来源:公众号【编程珠玑】
rand.c
*/
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
int main(void)
{
int i = 0;
while(i < 5)
{
printf("%d ",rand());
i++;
}
printf("\n");
return 0;
}

编译运行:

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$ gcc -o rand rand.c
./rand
1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793

多运行几次,你就会惊喜地发现,每次运行的结果都是一样的!!!这还玩个毛线?

srand

别急,rand虽然每次运行的结果都是一样的,那是因为它的种子默认为1。每一个种子会有一串看似随机的序列,每次取下一个出来,整体都近乎是随机分布的,但是如果你的种子每次都是一样的,那么每次运行可能得到的结果也是一样的。我们需要利用srand给它一个种子。

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#include <stdlib.h>
void srand(unsigned int seed);

为了保证我们每次的得到的随机数不一样,我们必须在每次调用时,都确保种子不一样,因此通常会选择使用时间作为种子。注意这只是通常的种子选择,你可以根据实际使用需求进行选择。

于是我们在使用之前设置好种子,使用示例:

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/*来源:公众号【编程珠玑】
rand.c
*/
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
int main(void)
{
srand(time(NULL));//设置随机种子,注意只需要设置一次即可
int i = 0;
while(i < 5)//生成5个随机数
{
printf("%d ",rand());
i++;
}
printf("\n");
return 0;
}

现在好了,每次运行生成的都不一样了。但是还有一个问题,如果这种方式在多线程下使用,也是不可取的,因为rand不是可重入函数。它的每次调用都会修改一些隐藏的属性,因此在多线程中并不会使用它。

rand_r

为了在多线程下使用,我们使用rand_r,使用方式和rand是一样的:

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#include <stdlib.h>
int rand_r(unsigned int *seedp);

使用示例:

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#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
int main(void)
{
unsigned int seed = time(NULL);
int i = 0;
while(i < 5)//生成5个随机数
{
printf("%d ",rand_r(&seed));
i++;
}
printf("\n");
return 0;
}

多线程中,多个线程可能几乎同时调用,那它们的种子可能也一样,如果想不一样,还可以将种子设置成和线程id有关。

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unsigned int seed = time(NULL)^pthread_self();

random

通过前面的例子可以发现,rand生成的整数范围是有限的,为了生成更大范围,可以使用random:

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#include <stdlib.h>
long int random(void);
void srandom(unsigned int seed);

random返回的类型为long int,因此在一定程度上,它生成的范围要大得多。另外与rand类似,需要使用srandom函数设置种子。具体的例子就不再放出了。

生成指定范围随机数

前面的例子都是生成[0,RAND_MAX)之间的数,如果要生成指定区间的随机数呢?假设a和b不超过int范围以及它们的差值不超过rand的生成范围。

[a,b)

左闭右开区间,即包含a,不包含b:

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(rand() % (b - a)) + a;

[a,b]

左闭右闭,即包含a和b:

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(rand() % (b - a + 1)) + a;

(a,b]

左开右闭,即不包含a,包含b:

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(rand() % (b-a)) + a + 1;

0到1之间的浮点数

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rand()/(double)RAND_MAX;

举例

生成[2,10)之间的随机数5个:

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//来源:公众号【编程珠玑】
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<time.h>
int main(void)
{
srand(time(NULL));//设置随机种子,注意只需要设置一次即可
int i = 0;
int a = 2;
int b = 10;
while(i < 5)//生成5个随机数
{
printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a);
i++;
}
printf("\n");
return 0;
}

总结

记住,通过这些方法生成的都是伪随机数,而一个好的随机算法,它的随机性很强,可能需要根据使用场景去设计具体的算法。

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