【C语言】随机数的生成

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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：
C语言中的随机数生成是编程中常见的需求之一，用于模拟随机性、增加程序的变化性，或者进行一些涉及概率的计算。在计算机科学中，伪随机数生成算法成为实现这一需求的核心。本文将探讨C语言中随机数生成的基本原理、常用函数、以及一些注意事项，帮助读者更好地理解和运用随机数。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

rand函数

C语言提供了一个库函数，可以生成随机数，就是rand函数，函数原型如下所示：

int rand (void);

rand函数会返回一个伪随机数，这随机数的范围在0-RAND_MAX之间，这个RAND_MAX的大小是由编译器实现的，但是大部分编译器上是32767。
现在我们来测试一下rand()函数的返回结果，来证明它为什么会返回一个伪随机数
来看一段代码

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

运行结果

我们会发现虽然一次运行产生的五个数字是相对随机的，但是下一次运行程序生成的结果和上一次一摸一样，那么可能会产生问题。
如果我们再深入了解一下，我们就不难发现 ，其实rand函数生成的随机数是伪随机的，伪随机数不是真正的随机数，是通过某种算法生成的随机数。真正的随机数是无法预测下一个值是多少的。而rand函数是对一个叫种子的基准值进行运算生成的随机数。
之所以前面每次运行程序产生的随机数序列是一样的，那是因为rand函数生成随机数的默认种子是1.如果要生成不同的随机数，就要让种子是变化的\

srand函数

为了实现真正的随机数，C语言又提供了一个函数叫srand，用来初始化随机数的生成器，srand的原型如下：

void srand(unsigned int seed);

程序在调用rand函数之前先调用srand函数，通过srand函数的参数seed来设置rand函数生成随机数的时候的种子，只要种子在变化，每次生成的随机数序列也就变化起来了。
那也就是说给srand的种子如果是随机的，rand就能生成随机数；在生成随机数的时候又需要一个随机数，这就产生了矛盾。

time函数

在程序中，我们一般是使用程序运行的时间作为种子的，因为时间，时时刻刻在发生变化。
因此，C语言提供了一个函数叫time，可以获得一个时间，time函数原型如下：

time_t time(time * timer);

time函数会返回当前的日历时间，其实返回的是1970年1月1日0时0分0秒到现在程序运行时间之间的差值，单位是秒。返回的类型是time_t类型的，time_t类型实质上其实就是32位或者64位的整型类型。
time 函数的参数timer如果是非NULL指针的话，函数也会将这个返回的差值放在timer所指向的内存中带回去。
如果time 是NULL，就返回这个时间的差值。time函数返回的这个时间差也被叫做：时间戳。

到这里我们已经可以利用上面的三个函数生成真正的随机数了

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

多执行几次就会发现结果都不一样

图1

图2

注意：srand函数是不需要频繁调用的，一次运行的程序中调用一次就足够了！！！

设置随机数的范围

如果我们要生成0~99之间的随机数

rand()%100;//余数范围0~99

如果要生成1~100之间的随机数

rand()%100+1

如果要生成100~200之间的随机数

100+rand()%(200-100+1)

同理可得，如果要生成a~b之间的随机数

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

猜数字游戏的实现

猜数字游戏的实现见博客

总结

随机数生成在C语言编程中扮演着重要的角色，为开发者提供了模拟随机事件、增加程序的多样性以及进行概率计算的工具。通过学习C语言中的随机数生成机制，我们不仅能够更好地掌握编程技巧，还能够在各种应用场景中更灵活地处理随机性。总体而言，理解和熟练运用C语言的随机数生成将为程序的设计和实现增色不少。