生成随机数的方式你选对了吗？

生成随机数的N种方式

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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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. int rand(void);
    3.

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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. rand.c
    2. 
  
  
  
  2. */
    3. 
  
  
  
  3. #include
    4. 
  
  
  
  4. #include
    5. 
  
  
  
  5. int main(void)
    6. 
  
  
  
  6. {
    7. 
  
  
  
  7.     int i = 0;
    8. 
  
  
  
  8.     while(i < 5)
    9. 
  
  
  
  9.     {
    10. 
  
  
  
  10.         printf("%d ",rand());
    11. 
  
  
  
  11.         i++;
    12. 
  
  
  
  12.      }
    13. 
  
  
  
  13.     printf("\n");
    14. 
  
  
  
  14.     return 0;
    15. 
  
  
  
  15. }
    16.

编译运行：

 
 
 
    
  
  
  
  1. $ gcc -o rand rand.c
    2. 
  
  
  
  2. ./rand
    3. 
  
  
  
  3. 1804289383 846930886 1681692777 1714636915 1957747793
    4.

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。

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. void srand(unsigned int seed);
    3.

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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. rand.c
    2. 
  
  
  
  2. */
    3. 
  
  
  
  3. #include
    4. 
  
  
  
  4. #include
    5. 
  
  
  
  5. #include
    6. 
  
  
  
  6. int main(void)
    7. 
  
  
  
  7. {
    8. 
  
  
  
  8.     srand(time(NULL));//设置随机种子，注意只需要设置一次即可
    9. 
  
  
  
  9.     int i = 0;
    10. 
  
  
  
  10.     while(i < 5)//生成5个随机数
    11. 
  
  
  
  11.     {
    12. 
  
  
  
  12.         printf("%d ",rand());
    13. 
  
  
  
  13.         i++;
    14. 
  
  
  
  14.      }
    15. 
  
  
  
  15.     printf("\n");
    16. 
  
  
  
  16.     return 0;
    17. 
  
  
  
  17. }
    18.

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，因此在多线程中使用它并不合适。

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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. int rand_r(unsigned int *seedp);
    3.

使用示例：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include
    2. 
  
  
  
  2. #include
    3. 
  
  
  
  3. #include
    4. 
  
  
  
  4. int main(void)
    5. 
  
  
  
  5. {
    6. 
  
  
  
  6.     unsigned int seed = time(NULL);
    7. 
  
  
  
  7.     int i = 0;
    8. 
  
  
  
  8.     while(i < 5)//生成5个随机数
    9. 
  
  
  
  9.     {
    10. 
  
  
  
  10.         printf("%d ",rand_r(&seed));
    11. 
  
  
  
  11.         i++;
    12. 
  
  
  
  12.     }
    13. 
  
  
  
  13.     printf("\n");
    14. 
  
  
  
  14.     return 0;
    15. 
  
  
  
  15. }
    16.

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。

 
 
 
    
  
  
  
  1. unsigned int seed  = time(NULL)^pthread_self(); 
    2.

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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. long int random(void);
    3. 
  
  
  
  3. void srandom(unsigned int seed);
    4.

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[1,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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. (rand() % (b - a)) + a;
    2.

[a,b]

左闭右闭，即包含a和b：

 
 
 
    
  
  
  
  1. (rand() % (b - a + 1)) + a;
    2.

(a,b]

左开右闭，即不包含a，包含b：

 
 
 
    
  
  
  
  1. (rand() % (b-a)) + a + 1;
    2.

[0,b]

 
 
 
    
  
  
  
  1. rand() % b ;
    2.

0到1之间的浮点数

 
 
 
    
  
  
  
  1. rand()/(double)RAND_MAX;
    2.

举例

生成[2,10)之间的随机数5个：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include
    2. 
  
  
  
  2. #include
    3. 
  
  
  
  3. #include
    4. 
  
  
  
  4. int main(void)
    5. 
  
  
  
  5. {
    6. 
  
  
  
  6.     srand(time(NULL));//设置随机种子，注意只需要设置一次即可
    7. 
  
  
  
  7.     int i = 0;
    8. 
  
  
  
  8.     int a = 2;
    9. 
  
  
  
  9.     int b = 10;
    10. 
  
  
  
  10.     while(i < 5)//生成5个随机数
    11. 
  
  
  
  11.     {
    12. 
  
  
  
  12.         printf("%d ",( rand() % ( b - a ) )+ a);
    13. 
  
  
  
  13.         i++;
    14. 
  
  
  
  14.      }
    15. 
  
  
  
  15.     printf("\n");
    16. 
  
  
  
  16.     return 0;
    17. 
  
  
  
  17. }
    18.

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。本文所介绍的仅仅是库函数提供的随机数生成函数。

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